Szybowiec termiczny i zboczowy - relacja z budowy

[artwszol]

Cześć!

 

Zawsze chciałem zrobić jakąś relację z budowy, ale nigdy nie miałem okazji. Może obawiałem się też reakcji bardziej doświadczonych modelarzy, ale w końcu się zdecydowałem i oto jest.

Jakiś czas temu od kolegi dostałem kadłub razem z usterzeniem do szybowca 'rekreacyjnego', ale coś na kształt klasy F3F/F3B. Leżał chwilę, w końcu zabrałem się za projektowanie i budowę skrzydeł.

 

W pierwszym etapie wziąłem się za geometrię skrzydła. Kolega mówił, że skrzydełka miały rozpiętość 2,3m. Postanowiłem zrobić je jednak odrobinę większe. Zdecydowałem się na 2,5m. Cięciwę przykadłubową mam narzuconą przez kadłub, więc nie poszaleję. Chciałem zrobić skrzydła półeliptyczne lub kształtem do nich zbliżone. W ruch poszedł AutoCAD. Zaprojektowałem więc coś na kształt obrysu eliptycznego.

Nie zwracajcie uwagę na różne końcówki skrzydła, bo chciałem zostawić sobie brak zaokrąglenia, żeby mieć z czego ściągać wymiary.

 

W kolejnym etapie dobrałem profil skrzydła. Po wstępnej selekcji rozważyłem następujące opcje: AG24, HS1.7/9, MH32, SD7003 i SD7037. Wrzuciłem to do XFLR5. Masę modelu oszacowałem na około 1.7 kg. Znając geometrię zdefiniowałem analizę profilu typu 2 (polecam ). Wpisuje się tam dane modelu i program oblicza parametr Re.sqrt(Cl). Najwierniej oddaje zmiany charakterystyk modelu w locie i pod wpływem zmiany liczby Reynoldsa

Zdecydowałem się na wybór profilu AG24. Dlaczego? Otóż ze względu na niską krytyczną liczbę Reynoldsa i dużą doskonałość. Liczba Reynoldsa na końcówce dla krytycznego kąta natarcia wynosi 40000, gdzie cięciwa końcówki to 6cm. Krytyczna liczba Re dla profilu to około 45000 i jest najniższa wśród pozostałych profili.

 

Wrzuciłem wszystko, razem z geometrią, kadłubem i usterzeniem, do XFLR5. Zrobiłem szybką obwiednie obciążeń i na podstawie obliczeń programu wyeksportowałem sobie rozkład momentu gnącego wzdłuż rozpiętości. Na tej podstawie obliczyłem wymiary dźwigara i dobrałem wielkości pasów dźwigara:

Zaznaczyłem na czerwono miejsce, gdzie moment gnący jest zbyt duży jak na ten dźwigar. Nie martwię się tym, gdyż nie brałem pod uwagę wpływ pokrycia, dźwigara tylnego oraz przede wszystkim bagnetu do łączenia skrzydełek, który akurat będzie w miejscu, gdzie dźwigar 'nie domaga'.

 

Konstrukcja skrzydła będzie składała się z rdzenia styropianowego, pasów dźwigara, dźwigara tylnego, krawędzi natarcia oraz z balsowego pokrycia. Na to wszystko pójdzie folia.

 

Zabrałem się do roboty. Umówiłem się z kolegą, który ma ploter i poświęciliśmy chwilę czasu, żeby to wszystko wyciąć.

Z największymi segmentami nie było problemu. Pojawił się on z końcówkami. Drut niszczył tą najcieńszą część. Po kilku próbach i manewrach z temperaturą drutu, udało się wyciąć. Całość robi wrażenie:

 

Wyciąłem jeszcze sobie podkładkę pod skrzydła, żeby ich nie zwichrować podczas budowy. Po miesiącu przerwu kupiłem w końcu drewno i zrobiłem dźwigar. Najgorsze było to, że jest on stopniowany, ale łączenie nie było trudnością. Na tą chwilę zrobiłem jeden z czterech pasów dźwigara. Resztę będę robił pewnie po weekendzie.

 

Jak zrobię kolejne etapy to będę tu pisał. Chętnie przyjmę rady dotyczące budowy, stosowanych materiałów, klejów itp. Mimo tego, że robiłem już skrzydła identyczną metodą, to tamte miały dużo grubszy profil i były trapezowe, więc dość proste w budowie.

 

Pozdrawiam

[mjs]

Talent. Konkret. Efekt. Może być sukces, nawet spory.

Idziesz łagodnie wijącą się ścieżką, zważ na to, żeby nie była zbyt zawiła, jak i zupełnie prosta.

Ważna jest odpowiednia szybkość działania, a właściwie akuratność. Nie za wolno, ale i nie za szybko.

Śpiesz się powoli. 

Skupienie na aktualnym odcinku (reszta schowana, przykryta), porządek dookoła.

Niepotrzebne przedmioty odciągają uwagę i zabierają czas oraz energię. 

No i jakiś plan działania, który widoczny już jest.

Fajnie jest odhaczać zrobione punkty na afiszu wiszącym na ścianie.

 

A merytoryczniej, to:

- skrzydła wydają się zbyt długie, chociaż może to złudzenie optyczne,

- krawędź natarcia po łuku byłaby ciekawsza,

- styropian jest interesującym wypełniaczem,

- poszycie może z laminatu epoksydowego?

- brak rysunku całego szybowca.

 

Poza tym dobra robota, tak trzymaj i doświadczaj.

[artwszol]

Talent. Konkret. Efekt. Może być sukces, nawet spory.

Idziesz łagodnie wijącą się ścieżką, zważ na to, żeby nie była zbyt zawiła, jak i zupełnie prosta.

Ważna jest odpowiednia szybkość działania, a właściwie akuratność. Nie za wolno, ale i nie za szybko.

Śpiesz się powoli. 

Skupienie na aktualnym odcinku (reszta schowana, przykryta), porządek dookoła.

Niepotrzebne przedmioty odciągają uwagę i zabierają czas oraz energię. 

No i jakiś plan działania, który widoczny już jest.

Fajnie jest odhaczać zrobione punkty na afiszu wiszącym na ścianie.

 

A merytoryczniej, to:

- skrzydła wydają się zbyt długie, chociaż może to złudzenie optyczne,

- krawędź natarcia po łuku byłaby ciekawsza,

- styropian jest interesującym wypełniaczem,

- poszycie może z laminatu epoksydowego?

- brak rysunku całego szybowca.

 

Poza tym dobra robota, tak trzymaj i doświadczaj.

 

Dobry pomysł z odhaczaniem zrobionych punktów. Muszę to wykorzystać.

Jeśli chodzi o część merytoryczną to tak:

- Cecha objętościowa usterzenia poziomego wynosi 0,42. Zgodnie z książką: T.C. Corke "Design of Aircraft" cecha ta dla samolotu amatorskiego powinna wynosić 0,5 (takie założyłem dla modelu). Więc fakt faktem skrzydła są odrobinę za duże jak na to usterzenie. Zapomniałem o tym projektując skrzydła...

Tu dość ciekawy dokument o usterzeniach: https://itlims-zsis.meil.pw.edu.pl//pomoce/WTLK/ENG/Sup/Tail_size.pdf

- Myślałem nad zakrzywioną krawędzią natarcia, ale technologicznie jest to trudne do wykonania. Zasymulowałem w XFLR5 skrzydło eliptyczne i wielotrapezowe, następnie porównałem wyniki.

Czarna kreska - skrzydło wielotrapezowe

Czerwona kreska przerywana - skrzydło eliptyczne

Charakterystyki aerodynamiczne obu skrzydeł były niemalże identyczne, więc ze względu na łatwość wykonania robię skrzydło wielotrapezowe.

 

- Też myślałem nad pokryciem z laminatu. Możliwe, że nałożę warstwę laminatu, ale już na pokrycie balsowe (zrobione z balsy 1mm). Pokrycie folią byłoby dużo łatwiejsze i szybsze. Kolega z modelarni odradził mi jednak kłaść laminat na tak miękkie pokrycie. Póki co jest jeszcze czas, żeby zdecydować.

- Oto rzuty:

 

Pozdrawiam

[mjs]

Na tym etapie kształty można jeszcze porównywać z tzw. wzorcami. Jednym z nich jest IKAR:

https://www.youtube.com/watch?v=rMez3S0LLb8

https://www.youtube.com/watch?v=lLdaDKVxpMQ

[Marek:D]

Odnośnie pokrywania laminatem podzielam zdanie poprzednika. Do tego byłoby potrzebny rdzeń że styroduru. Ze styropianem jest trochę tak,że bez doświadczenia w worku zgnieciesz styropian przy zbyt dużym ciśnieniu. Założenia masz fajne ale doprecyzuj jak zrobisz dźwigar? Przy cienkim profilu warto pomyśleć żeby oba pasy górny i dolny ładnie ze sobą związać. Nie wiem jakie masz warunki na zboczu ale czasami lądowanie w takich warunkach to rodeo więc zapas wytrzymałości się przydaje

[Czaro]

Dla usterzenia 0,42 to jeszcze nie dramatycznie mało. Będzie latać, a jakby co zrobić nowe usterzenie to nie problem

Natomiast do analizy trendów polecałbym brać modele bardziej zbliżone charakterem, tzn. F3B/F. Spory zbiór danych można znaleźć tutaj: http://www.aerodesign.de/

 

Ciekawą techniką jest zalaminowanie balsy, razem z lakierem wierzchnim, najlepiej jako wstępnie uformowane formatki - gruby mylar z warstwą rozdzielczą, na to lakier, kompozyt, zaimpregnowana balsa, to wszystko do worka próżniowego, a następnie całość układa się pomiędzy negatywem, a rdzeniem skrzydła, na koniec odsysając powietrze. Efekt świetny, chociaż nieporównywalnie bardziej pracochłonny od oklejania gotowego styro-balsa folią.

 

Martwi mnie ten dźwigar. Jakoś tak na oko mało przekroju mi się wydaje. Ile przyjąłeś przeciążenia do obliczeń?

[samolocik]

(...)

 

A merytoryczniej, to:

- skrzydła wydają się zbyt długie, chociaż może to złudzenie optyczne,

- krawędź natarcia po łuku byłaby ciekawsza,

- styropian jest interesującym wypełniaczem,

- poszycie może z laminatu epoksydowego?

- brak rysunku całego szybowca.

 

Poza tym dobra robota, tak trzymaj i doświadczaj.

 

Słowa bliskoznaczne do słowa merytoryka: fachowość; nauka; rzetelność; treść; wiedza; zawartość

 

Użyte określenia: "wydają się", "byłaby ciekawsza", "jest interesującym wypełniaczem", "może z laminatu epoksydowego?" nie są w żadnym wypadku merytoryczne.

 

Ja się nie wypowiem merytorycznie bo po prostu za cienki jestem. Przytoczyłem jak powyżej dla dobra projektu prowadzonego przez Artura.

Jeżeli nie jest na temat to proszę moderatora o usunięcie.

 

 

[edit] co do wzmocnienia skrzydła to pamiętam, że niektórzy producenci dawali tkaninę szklaną pomiędzy rdzeń a pokrycie z balsy/forniru z obu stron skrzydła. Ale tutaj musiałby ktoś się wypowiedzieć, kto to już robił.

 

Pozdrawiam

Piotr

[a74BACK]

A merytoryczniej, to:

- skrzydła wydają się zbyt długie, chociaż może to złudzenie optyczne,

- krawędź natarcia po łuku byłaby ciekawsza,

- styropian jest interesującym wypełniaczem,

- poszycie może z laminatu epoksydowego?

- brak rysunku całego szybowca.

 

Poza tym dobra robota, tak trzymaj i doświadczaj.

 

Wytniesz drutem formatki styropianowe po łuku ?

 

Poszycie z laminatu ? Do tego lepiej nada sie balsa, albo fornir, miedzy ten materiał można dać troszkę tkaniny tam gdzie są dźwigary.

 

Styropian nie musi być interesujący. Jest po prostu dobry i prosty w budowie.

 

 

Mam wrażenie, że nigdy nic nie robiłeś w tej technologii, a chciałeś dodać swoje 5 groszy.

[artwszol]

Odpowiadając poszczególnym kolegom:
Marek:D
Dokładnie, rdzeń ze styroduru byłby lepszy do laminowania, ale chciałem zrobić skrzydło możliwie jak najlżejsze.
Dźwigar chcę zrobić w następujący sposób. Pasy dźwigara wklejone do rdzenia styropianowego. Nie planuję dawać ścianki dźwigara, ale jeśli wytrzymałość będzie zbyt mała to go dam. Jego funkcję miałby przejąć styropian pomiędzy ściankami, a w odległości około 20-30 cm od nasady skrzydła, pomiędzy dźwigarami będzie rura węglowa a w niej bagnet do łącznenia skrzydeł.

Czaro
Mógłbyś przybliżyć technologię zalaminowania balsy? Nie mam niestety twadrych form, mam styropianowe, ale prawdopodobnie się nie nadają. Mam możliwość zrobienia płaskiego laminatu na szybie.
Co do dźwigara to przyjąłem obciążenie maksyalne 5g, współczynnik bezpieczeństwa 1,5 i wytrzymałość na ściskanie 480 daN/cm^2 (Stafiej - Projektowanie szybowców). W obliczeniach zakładam oczywiście, że pasy dźwigara są jedynie rozciągane i ściskane. Pomijam zginanie. Jak wcześniej wspomniałem to pominąłem wpływ pokrycia i dźwigara tylnego. Mógłbym to policzyć, tylko muszę siąść nad tym w MATLABie. Obawiam się trochę, że przyjąłem zbyt małe wartości. Chyba jedyne rozwiązanie jak wyjść cało z sytuacji to pokryć skrzydła sklejką zamiast balsą. Ale nie wiem jak to wyjdzie...

Przeprowadziłem obliczenia dla dużo większych obciążeń: dla n=10g, wytrzymałość 400 daN/cm^2 i masy 2.5 kg. Dźwigar wyszedł mi olbrzymi. Tutaj masz obliczenia dla większych wartości.

 

Pozdrawiam

[Czaro]

5g to sporo za mało.

Jak będziesz startował? Z holu i gumy, albo wyciągarki? Żeby taki szybowiec wyciągnąć w górę, w pierwszej fazie będziesz miał przynajmniej 20kG, jak nie 30kG. Przy zakładanej masie własnej modelu, już wychodzi zdrowo powyżej 10g.

Jeżeli chcesz startować z ręki, na zboczu, wychodzi trochę łagodniej. Ile program wylicza prędkości przeciągnięcia? Z 30km/h? Maksymalną przyjąłbym przynajmniej 200km/h, bo taki szybowiec chętnie się będzie rozpędzał. Wychodzi 6,7g.

 

Nie bez powodu w takich szybowcach powszechnie stosuje się węglowe pasy dźwigara.Tak samo jak ścianki dźwigara. Niezależnie od materiału jaki użyjesz w pasach, ścianka musi być. Styropian nie wystarczy

[a74BACK]

2,5 metrowy model fornirowy potrafi wygiąć pręt ze stali hartowanej o wymiarach 7x11mm.

 

Potwierdzam, okrągłe są do d...

[artwszol]

5g to sporo za mało.

Jak będziesz startował? Z holu i gumy, albo wyciągarki? Żeby taki szybowiec wyciągnąć w górę, w pierwszej fazie będziesz miał przynajmniej 20kG, jak nie 30kG. Przy zakładanej masie własnej modelu, już wychodzi zdrowo powyżej 10g.

Jeżeli chcesz startować z ręki, na zboczu, wychodzi trochę łagodniej. Ile program wylicza prędkości przeciągnięcia? Z 30km/h? Maksymalną przyjąłbym przynajmniej 200km/h, bo taki szybowiec chętnie się będzie rozpędzał. Wychodzi 6,7g.

 

Nie bez powodu w takich szybowcach powszechnie stosuje się węglowe pasy dźwigara.Tak samo jak ścianki dźwigara. Niezależnie od materiału jaki użyjesz w pasach, ścianka musi być. Styropian nie wystarczy

 

Planuję startować głównie z ręki na zboczu. Mam też 'wyciągarkę ręczną' więc po prostu bloczek z uchwytem. Szczerze to może raz w życiu go użyłem. Prędkość maksymalną zakładałem około 50m/s.

Prędkość przeciągnięcia XFLR5 dla masy 2,5kg to 9m/s. Szczerze powiedziawszy nie zamierzam nim szaleć jakoś konkretnie. Zamysł tego modelu to latanie czysto rekreacyjne. Prawdę powiedziawszy to nawet nie myślałem o udziale w zawodach.

 

Co do pasów i ścianki dźwigara. Szczerze powiedziawszy nie chcę wycinać kolejny raz rdzeni pod nowe dźwigary. Mogę posiadane rdzenie zmodyfikować. Co do ścianki to co proponujesz na obecnym etapie budowy?

Jeśli już piszesz o F3F to do obliczeń powinieneś przyjąć maksymalną masę modelu z balastem ,bo na zboczu model się balastuje , dla obciążenia maksymalnego(75g/dm2) waga modelu to ok 3300g i o ile 2m bez dźwigara z forniru wytrzymuje takie zabawy to 2,5m bez wstawki między dźwigarami już nie koniecznie . Poza tym na etapie budowy , jeśli skrzydła budujesz łączone na środku nie bierz pod uwagę bagnetu w postaci pręta okrągłego tylko w postaci np. taśmy stalowej o wysokości 11-12 mm i grubości 1mm  kiedyś były dostępne takie taśmy z szufladką z mosiądzu  i bagnetem 11*1 . Dawno temu budowałem takie modele z rdzeniem styro i pokryciem z forniru i szkła 50g/dm2  . Taki model dziś nadaje się do zabawy i nauki latania w termice czy na zboczu , ale w z zawodniczym sporcie po prostu nie istnieje .  

 

Tak jak wspomniałem wyżej zamysł modelu to model do latania rekreacyjnego, nie zawodniczego. Nie liczyłem go w kategoriach regulaminu klasy F3F. Po weekendzie usiądę nad obliczeniem ścianki dźwigara do istniejącego projektu dźwigara.

[Andrzej Klos]

...

Co do dźwigara to przyjąłem obciążenie maksyalne 5g, współczynnik bezpieczeństwa 1,5 i wytrzymałość na ściskanie 480 daN/cm^2 (Stafiej - Projektowanie szybowców). W obliczeniach zakładam oczywiście, że pasy dźwigara są jedynie rozciągane i ściskane. Pomijam zginanie. Jak wcześniej wspomniałem to pominąłem wpływ pokrycia i dźwigara tylnego.

 

Tak jak pisza koledzy 5g to stanowczo za malo.  "Prawdziwe" szybowce liczy sie na +5.3/-2.65g, akrobacyjne na +7/-5g.  Do modeli zastoswalbym duzo wiecej, >10g bo wiecej sie szaleje.  Jesli dzwigar wyszedl Ci "olbrzymi" na 10g to byc moze masz jakis blad w obliczeniach bo naprezenia sa proporcjonalne do H².  Oprocz obciazen w locie sa jeszcze inne obciazenia np ekspioatacyjne (?).  Ponizej jest wykres, ktory dostalem od Jim Marske, najwieksze obciazenia byly podczas przetaczania szybowca po lotnisku.  W modelu bedzie to odpowiadalo na kiepskie ladowania etc.

 

 

 

A tak na marginesie nie ma takiej wytrzymalosci jak zginanie, jest to kombinajca rozciagania i zginania a inne to scinanie.

  

 

 

.... . Poza tym na etapie budowy , jeśli skrzydła budujesz łączone na środku nie bierz pod uwagę bagnetu w postaci pręta okrągłego tylko w postaci np. taśmy stalowej o wysokości 11-12 mm i grubości 1mm  kiedyś były dostępne takie taśmy z szufladką z mosiądzu  i bagnetem 11*1 . Dawno temu budowałem takie modele z rdzeniem styro i pokryciem z forniru i szkła 50g/dm2  . Taki model dziś nadaje się do zabawy i nauki latania w termice czy na zboczu , ale w z zawodniczym sporcie po prostu nie istnieje .  

 

 

Taki dzwigar moze byc dobry do Twojego modelu.

Mozesz zrobic tzw "reverse engineering" i policzyc ile taki dzwigar wytrzyma.  Niestety nie wiem jaka jest jego wytrzymalosc.  Mam taki dzwigar i moge w sprawdzic jego twardosc= wyrzymalosc.

Edytowane 16 Listopada 2019 przez Andrzej Klos

[mjs]

Warto zajrzeć do lotnictwa i podpatrzeć badania dźwigara motoszybowca:

http://www.ein.org.pl/sites/default/files/2012-03-07p.pdf

Jak i do modelarzy budujących podobne modele:

Czy producentów modeli:

http://modelpartner.ig.pl/sklep/?pl_szd-39-cobra17,159

[samolocik]

Tutaj jest parę zdjęć odnośnie wzmocnień skrzydeł wykonanych w technice styropian/fornir  http://www.ed-modellbau.de/tragflaechenbau.html

[artwszol]

Witam wszystkich ponownie.

Musiałem ogarnąć parę spraw życiowych i znalazłem czas, żeby pomyśleć i podłubać nad skrzydełkiem.

Więc tak: we wcześniejszych obliczeniach popełniłem kilka błędów.

Po pierwsze przyjąłem zbyt mały współczynnik obciążenia. Teraz przyjąłem do obliczeń 10g dla masy 2.5 kg.

Po wtóre wziąłem rozkład momentów gnących bezpośrednio z XFLR5. Tym razem stamtąd wziąłem jedynie rozkład Cz i Cx wzdłuż rozpiętości. Wrzuciłem to wszystko do Excella i obliczyłem siły i momenty na piechotkę. Doszedłem do ciekawego wniosku, że XFLR5 liczy moment gnący pomnożony już przez współczynnik bezpieczeństwa. Muszę to jednak potwierdzić na przykładzie innych modeli.

Obliczenia:

 

Nie uwzględniałem w obliczeniach również obciążeń przenoszonych przez pokrycie, dźwigar pomocniczy i resztę konstrukcji. Jako, że ciężko to zrobić na kartce papieru, lub nawet w excellu to zamodelowałem skrzydełko w fajnym programie inżynierskim od Autodesku. Nazywa się Fusion. Tam zasymulowałem stan obciążenia wraz ze wszystkimi elementami konstrukcji. Oczywiście dla poszczególnych elementów przypisałem dokładne parametry materiałowe. Program wypluł mi całkiem przyzwoite wyniki.

Nowy dźwigar będzie następujący: W segmencie 1 będą pasy 3x10, w segmencie 2 listwy 3x8 a na końcówce 2x5. Ponadto będzie ścianka dźwigara realizowana za pomocą deski balsowej 5mm.

Łączenie skrzydełek będzie odbywało się za pomocą stalowego pręta 8mm. Pręt pochodzi z prowadnicy maszyn CNC, jest hartowany powierzchniowo. Rurkę na pręt sam sobie zalaminuję.

 

Tyle mi się nazbierało przez te kilka dni. Dziś kupiłem resztę drewna i ponownie przystąpiłem do pracy.

Dziś jedynie skleiłem pasy dźwigara.

Póki mam rozłożone plany i poustawiane listewki to zrobię dźwigar do drugiej połówki. W dalszej kolejności będzie ścianka dźwigara i dźwigar pomocniczy.
Wypatrujcie kolejnych wpisów

 

Pozdrawiam