Aerodynamika latjącego skrzydła

[kirby]

Witam.

Staram się zaprojektować model latającego skrzydła z napędem korzystając z programy XFLR5 i chciałbym zapytać jak zrobić to właściwie. Chciałem stworzyć kilka wariantów modelu, wybrać ten z najlepszymi osiągami, jednocześnie nie robić tego kosztem wymaganej stateczności. Jednak wybór wariantu z najlepszymi osiągami nie jest dla mnie do końca oczywisty. W związku z tym chciałbym zapytać o wskazówki czym się należy kierować.

 

Model będzie drukowany, więc nie ma problemu z wykonaniem złożonych zwichrzeń płata.
Jeżeli chodzi o profil, to modyfikowałem głównie MH64. Modyfikacje profilu polegały głównie na zmniejszeniu momentu pochylającego, ponieważ do ustatecznienia musiałem robić bardzo duże zwichrzenie końcówki. Przesyłam zdjęcie z XFLR5 gdzie widoczne są kąty zaklinowania profili:

Na końcówkę skrzydła starałem się przekształcić profil. Nie wiem czy dobrze kombinuję, ale głównie chciałem zmniejszyć tam siłę nośną ponieważ zauważyłem, że duża jej wartość nie jest tam wskazana ze względu na stateczność, jak też zmniejszyć moment pochylający profilu końcówki. Sugerowałem się również krzywą rozkładu siły nośnej na skrzydle dla latających skrzydeł (bell shaped).
Ok, no i teraz po załadowaniu tych profili do skrzydła wyszły mi wyniki, z których nie do końca potrafię przewidzieć, które skrzydło jest lepsze, a które gorsze. Czy starać się osiągać maksimum doskonałości aerodynamicznej, czy maksimum funkcji energetycznej? Wydaje też mi się, że maks funkcji energetycznej leży na dość dużych kątach natarcia, których próba osiągnięcia kończy się parametrami znacznie gorszymi, niż aktualne, które nie leżą na szczycie krzywej. Niektóre warianty jak np Plat_2 osiągają największe maksimum funkcji energetycznej, ale może lepiej wybrać np wariant Plat_5, który przy niższych katach natarcia ma większe wartości funkcji. Nie do końca wiem, na co najbardziej zwracać uwagę.
CL/CD - Alpha:

 

CL/CD - Vx:

 

CL^(3/2)/CD - Alpha:

 

CL^(3/2)/CD - Vx:

 

Cm - Alpha:

 

Cm - Vx:

 

[czarobest]

Póki nie odpowie Ci ktoś mądry  to jeśli nie znasz, może warto przejrzeć to co kiedyś linkowali mi tutaj koledzy na forum - http://www.mh-aerotools.de/airfoils/flywing1.htm

[jarek_aviatik]

W dniu 16.01.2021 o 13:16, kirby napisał:

Witam.

Staram się zaprojektować model latającego skrzydła z napędem korzystając z programy XFLR5 i chciałbym zapytać jak zrobić to właściwie. Chciałem stworzyć kilka wariantów modelu, wybrać ten z najlepszymi osiągami, jednocześnie nie robić tego kosztem wymaganej stateczności. Jednak wybór wariantu z najlepszymi osiągami nie jest dla mnie do końca oczywisty. W związku z tym chciałbym zapytać o wskazówki czym się należy kierować.

 

Model będzie drukowany, więc nie ma problemu z wykonaniem złożonych zwichrzeń płata.
Jeżeli chodzi o profil, to modyfikowałem głównie MH64. Modyfikacje profilu polegały głównie na zmniejszeniu momentu pochylającego, ponieważ do ustatecznienia musiałem robić bardzo duże zwichrzenie końcówki. Przesyłam zdjęcie z XFLR5 gdzie widoczne są kąty zaklinowania profili:

Na końcówkę skrzydła starałem się przekształcić profil. Nie wiem czy dobrze kombinuję, ale głównie chciałem zmniejszyć tam siłę nośną ponieważ zauważyłem, że duża jej wartość nie jest tam wskazana ze względu na stateczność, jak też zmniejszyć moment pochylający profilu końcówki. Sugerowałem się również krzywą rozkładu siły nośnej na skrzydle dla latających skrzydeł (bell shaped).
Ok, no i teraz po załadowaniu tych profili do skrzydła wyszły mi wyniki, z których nie do końca potrafię przewidzieć, które skrzydło jest lepsze, a które gorsze. Czy starać się osiągać maksimum doskonałości aerodynamicznej, czy maksimum funkcji energetycznej? Wydaje też mi się, że maks funkcji energetycznej leży na dość dużych kątach natarcia, których próba osiągnięcia kończy się parametrami znacznie gorszymi, niż aktualne, które nie leżą na szczycie krzywej. Niektóre warianty jak np Plat_2 osiągają największe maksimum funkcji energetycznej, ale może lepiej wybrać np wariant Plat_5, który przy niższych katach natarcia ma większe wartości funkcji. Nie do końca wiem, na co najbardziej zwracać uwagę.

 

 

 

 

Obiecałem, że będę pomagał.

Marcin, latające skrzydło powinno się liczyć na kącie zaklinowania 0. Taki kąt ustawia się również w osi X, a zwichrzenie daje się na minus. Skrzydło w locie i tak się ustawi na kąt trymowania dla danych warunków.

W locie ślizgowym (bez silnika) ustawi się na kąt natarcia, który Ci wyszedł z obliczeń, pod warunkiem, że zrobiłeś je dobrze.

Jeśli robisz kadłub do tego latającego skrzydła, to w kadłubie możesz go zaklinować na kąt taki jak Ci wyszedł z wykresu Cm vs Alpha, aby kadłub był poziomo w locie ślizgowym.

Np. tak:

 

To wynik do moich wykresów poniżej.

 

 

 

Dość duże to zwichrzenie zważywszy na dość mały skos.

Dla porównania takie coś (bez zwichrzenia)

 

 

Profil był zmodyfikowany - najprościej poprzez klapę wychyloną w górę i nie potrzeba zwichrzenia.

 

I wyniki analiz

 

 

To czy liczyć model na max CL/CD, czy max CL^(3/2)/CD, zależy od tego co chcesz osiągnąć.

Czy maksymalny zasięg, czy maksymalną długotrwałość lotu.

Jak zasięg to liczysz tak aby Alpha dla Cm = 0 dla modelu, było dla maks CL/CD

Prawie tak jak powyżej.

Ale, jak zwykle jest jakieś ale.

Musisz prawidłowo oszacować opory szkodliwe (dodatkowe), np. od:

- kadłuba, jeśli będzie,

- wystającego fragmentu podwozia w locie, jeśli jest;

- anten, kamer, itp.

Bez tego analiza CL/CD, czy  CL^(3/2)/CD vs Alpha nie ma sensu.

Upewnij się, że masz dobrze położenie SC. Zapas stateczności podłużnej sprawdź na wykresie Cm vs CL

 

EDIT: spróbuj z tymi profilami

 

Archiwum.zip

Dla sportu zrobiłem Twoje skrzydło z profilem EMX-07_23% (masz go w zipie)

Wykresy

- czarne bez zwichrzenia skrzydła

- niebieskie ze zwichrzeniem

 

Wg mnie SC masz za bardzo z przodu, zapas stateczności wychodzi mi 20%

 

 

 

 

Pozdrawiam i życzę Wszystkim - najlepszego w Nowym Roku.

 

 

 

 

 

[kirby]

Dziękuję bardzo za pomoc

22 godziny temu, jarek_aviatik napisał:

Marcin, latające skrzydło powinno się liczyć na kącie zaklinowania 0. Taki kąt ustawia się również w osi X, a zwichrzenie daje się na minus. Skrzydło w locie i tak się ustawi na kąt trymowania dla danych warunków.

 

Rzeczywiście po przestawieniu wszystkich profili w płacie od kąta O stopni dla nasady skrzydła, charakterystyki skrzydła przesunęły się na wyższe kąty natarcia:

Biały wykres jest dla tego samego skrzydła, z profilami zaklinowanymi od kąta 0 stopni:

 

Trymowy kąt natarcia przesunął się o +3 stopnie:

 

22 godziny temu, jarek_aviatik napisał:

Jeśli robisz kadłub do tego latającego skrzydła, to w kadłubie możesz go zaklinować na kąt taki jak Ci wyszedł z wykresu Cm vs Alpha, aby kadłub był poziomo w locie ślizgowym.

 

Rozumiem, że w locie silnikowym na prędkości trymowej kadłub również będzie ustawiony poziomo?

 

22 godziny temu, jarek_aviatik napisał:

Dość duże to zwichrzenie zważywszy na dość mały skos.

 

Model jest również stateczny ze znacznie mniejszym zwichrzeniem końcówek skrzydła, jednak starałem się aby trymowy kąt natarcia przypadał w wyższym zakresie charakterystyki doskonałości skrzydła. Kąt ten (trymowy) zwiększałem aż do momentu, kiedy dalsze zwiększanie nie poprawiało doskonałości przy danym kacie trymowym. Pomimo iż sam szczyt charakterystyki maksymalnej doskonałości nie był jeszcze osiągnięty. Trudno jest mi osiągnąć szczyt CL/CD (lub szczyt CL^(3/2)/CD) bez radykalnego zepsucia tej charakterystyki. 
Poniżej wklejam charakterystyki tego skrzydła ze znacznie mniejszym zwichrzeniem końcówki (wykresy niebieskie):

 

 

 

 

 

Jeżeli chodzi o profil zastosowany w tym skrzydle, to był to MH64 i po modyfikacji jego wykres momentu wygląda tak:

 

 

Natomiast zapasa stateczności podłużnej wychodzi mi ok 20. Być może jest to trochę za dużo i można minimalnie przenieść środek ciężkości do tyłu.

 

[jarek_aviatik]

17 minut temu, kirby napisał:

 

Rozumiem, że w locie silnikowym na prędkości trymowej kadłub również będzie ustawiony poziomo?

Marcin, w XFLR analizujesz lot ślizgowy (bez silnika) i szukasz kąta AOA dla trymowania w locie ślizgowym.

 

Lot silnikowy - to co napisałeś będzie słuszne wówczas gdy silnik będzie na takiej mocy aby zapewnić lot poziomy bez opadania, czyli moc silnika niweluje jedynie prędkość opadania lotu ślizgowego.

W każdym innym zakresie mocy kąt trymowania będzie inny - po to są trymery w samolocie , lub miksy w aparaturze.

 

 

 

[zuczek]

Maks doskonałość - maksymalny zasięg, maks funkcji energetycznej - maksymalna długotrwałość lotu. Ze względu na małe ramie na jakim działają powierzchnie sterowe może okazać się że maksymalnej wartości funkcji energetycznej nie będziesz w stanie w ogólne osiągnąć bo stery nie będą na tyle efektywne aby ustawić płat na odpowiednim kącie natarcia. Niestety zmiana jednego parametru zawsze pociąga za sobą konsekwencje, najczęściej negatywne ;). Możesz spróbować wyznaczyć współczynnik siły nośnej Cl dla warunków przelotowych ( założonej na etapie projektowania prędkości lotu, oraz masy konstrukcji w locie ) i spróbować dobrać takie rozwiązanie, które będzie gwarantować lot na takim Cl'u bez wychyleń sterów, czyli dodatkowych szkodliwych oporów.  Możesz też próbować korygować moment pochylający kątem zaklinowania silnika wyznaczając na podstawie charakterystyk Cd(Cl) opór samolotu, a tym samym ciąg niezbędny do lotu poziomego i poprzez geometrię przejść na momenty. Zwichrzenie końcówek nie zmienia w znaczący sposób stateczności podłużnej, a głownie przesuwa środek aerodynamiczny (zmiana charakterystyk Cm(Cl) była by większa zmieniając obrys płata). Mocne zwichrzenie geometryczne dla konstrukcji latającego skrzydła jest pożądane ponieważ wtedy prędkość indukowana na płacie w okolicach końcówek jest skierowana "w górę" przez co końcówki pracują w podobnych warunkach jak surfer na fali generując UJEMNY (lokalnie) współczynnik oporu indukowanego, który zwiększa się ( w stronę wartości ujemnych  ) wraz z wzrostem Cl'a, co zapewnia poprawę stateczności kierunkowej z uwagi na brak statecznika poziomego (zwiększenie skosu też by pomogło).

 

[mjs]

Tu jest ciekawy wykład na temat latającego skrzydła: