Вопрос по автомату перекоса
Извенити за тупой вопрос, получается для движения вертолета вперёд переднюю часть тарелки нужно опустить вниз и как бы зад вертолета начнет загребать вперёд ?
Извенити за тупой вопрос, получается для движения вертолета вперёд переднюю часть тарелки нужно опустить вниз и как бы зад вертолета начнет загребать вперёд ?
На самом деле надо вертолёт наклонить вперёд, и у ротора появится составляющая силы направленная вперёд, а наклон тарелки приводит к появлению вращающего момента и вращению фезюляжа, ну а куда наклоняется тарелка зависит от конструкции и количества лопастей.
А как вертолет наклонить вперёд ?
Что ж. Я заморочился и сделал физическую модель ротора автожира на базе флайбарной головы от 600ки. Тарелка перекоса намертво заблокирована из-за чего флайбар не может качаться на своей оси, а только вдоль. Точно так как у автожира.
Я специально утяжелил ротор, что бы процесс перекладки происходил медленно и не пришлось замедлять видео. В качестве лопастей использовались серволопатки с этого же флайбара. Площадь лопаток конечно же очень мала, но этого было достаточно, что бы циклика работала.
Здесь управление цикликой без лопастей.
Здесь с лопастями. Обратите внимание на звук издаваемый лопастями при перекладке. Поток воздуха при перекладке влево-вправо попеременно дует, то спереди, то сзади. Позже могу и это продемонстрировать.
Еще будут сомнения в том что у автожира положение ротора задается изменением циклического шага или освещение добавить?
Причем я не отрицаю, что без лопастей ротор со временем все же займет заданную хабом позицию из-за сил трения в шарнире, но это происходит очень медленно около 10-15 секунд на данной модели. А теперь представьте мы наклоняем хаб реального автожира где центробежная сила на роторе измеряется тоннами. Без циклики, наклонив хаб в обед, возможно к ужину ротор займет заданную позицию (утрирую).
Где как минимум вторая лопасть?
В той же статье на следующей странице. Вот.
В пояснении сказано, что все три региона при поступательном движении сдвигаются наружу вдоль размаха лопасти по всей отступающей части диска.
Autorotative force in forward flight is produced in exactly the
same manner as when the helicopter is descending vertically
in still air. However, because forward speed changes the
inflow of air up through the rotor disk, all three regions move
outboard along the blade span on the retreating side of the
disk where AOA is larger.
Наклон ротора автожира на 90 градусов циклическим изменением шага - 9 сек.
Тоже самое, но без лопастей, то есть трением в шарнирах - 37 сек.
Надеюсь не нужно объяснять, что если трение в шарнирах будет равно нулю, то наклон хаба на положение ротора влиять не будет никак. Исключение - такой угол наклона хаба когда ротор начинает ударятся об ограничители, но этот случай я здесь не рассматриваю.
Еще будут сомнения в том что у автожира положение ротора задается изменением циклического шага или освещение добавить?
disk where AOA is larger.[/I]
Сомнений больше нет. Спасибо, что помогли разобраться.
Кроме того, нашел подтверждение в литературе.
Можно вас попросить ссылку на источник. Потому как когда я искал подтверждение своим размышлениям, то ничего толкового кроме обрывков зарубежных патентов и случайных упоминаний принципа на форумах я не нашел.
Конус ротора при поступательном движении всегда заваливается назад вне зависимости от направления вращения
Ну да, ты прав, назад завал.
Не знаю как эти картинки могут объяснить раскрутку ротора при разбеге автожира. Когда набегающий на протвоположные лопасти поток воздуха имеет противоположное направление. На чертежах поток воздуха представлен только навстречу вращению лопасти. Нет нормального сложения векторов сил, всё как-то на пальцах и без конкретики 😃
Ту статью надо прочитать полностью и понять. Вней не просто так первым приводится пример вертикальной авторотации и раскладываются векторы сил, а уже потом пример ротации с поступательным движением.
Попробую в двух словах описать как я это понимаю на примере двух лопастного ротора с асимметричным профилем. При строго вертикальной авторотации, лопасти установлены с некоторым оптимальным для авторотации углом атаки. Причем этот угол одинаков у обеих лопастей. Шаг тоже одинаков. В таком режиме зоны о которых упоминалось выше симметричны на обеих лопастях и их можно изобразить в виде концентричных кругов где общий центр это ротор.
Тут важно понимать, что угол атаки это не тоже самое что шаг и по значению могут не совпадать. За угол атаки принимается угол между хордой лопасти и набегающим потоком, а угол шага это угол между хордой и плоскостью вращения ротора.
При авторотации с поступательным движением и равном шаге обеих лопастей, угол атаки наступающей лопасти уменьшается, а отступающей увеличивается. От пилота (или ФБЛ если речь о модели) требуется изменить циклический шаг так, что бы угол атаки обеих лопастей выровнялся. При соблюдении этого условия, направления векторов сил упомянутых выше останутся теми же, но ввиду того, что скорость отступающей лопасти относительно потока ниже, а наступающей выше, то длины векторов вдоль лопасти распределятся несколько иначе. Например, как показано на картинке ниже.
Конечно это все с массой допущений и можно сказать на пальцах, но это не потому, что мне лень писать. Я по факту просто пересказываю то, что написанно в той статье, а проверить это у меня физически нет возможности. Пока теория сходится с практикой, то я не вижу смысла в придумывании головоломок и последующим их решением.
Вот братья Райт, когда изобретали свой воздушный винт с разложением векторов не заморачивались, а предположили, что воздушный винт это тоже самое крыло, которое движется по окружности. И полетели. (не спрашивайте от куда я это взял 😃 )
Одна только проблема. Вертикальной авторотации на реальном аппарате не возможно. Ротор затухает а не раскручивается при положительном шаге. Как ни крути 😃 Простое размышление. Меняем шаг при перпендикулярном потоке воздуха на ротор. Ротор при каком-то положительном шаге раскручивается, потом при уменьшении шага до нуля останавливается, потом снова раскручивается в ту же сторону при продолжении уменьшении шага. Повторить это в реальных условиях невозможно.
И эксперименты я проводил 😃 тоже с флайбаром. Пытался.
и флайбар качал
Интересно что такое обяснение с зонами (которыми в принцире можно управлять, если лопасть сделать с элеронами и получить вечную авторотацию?)
перекачевало в RC вертолёты, правда угол атаки тут отрицательный и с отрицательным углом и так всё понятно.
…blogspot.com/…/understanding-autorotation.html
Вертикальной авторотации на реальном аппарате не возможно. Ротор затухает а не раскручивается при положительном шаге. Как ни крути
Большинство источников говорят обратное, а именно - можно ротировать с положительным шагом. И я думаю, что вся “магия” скрыта в профиле лопасти (крыла). Планер ведь как то летает с положительным шагом и при этом еще и набирает скорость.
Потому если хочется разобраться почему ротор с положительным шагом входит в авторотацию, а планер набирает скорость, то нужно изучать именно профили лопастей.
Вот например здесь можно изучить поляры профилей. Я выбрал эти два:
- асимметричный CLARK Y AIRFOIL - airfoiltools.com/airfoil/details?airfoil=clarky-il…
- симметричный WORTMANN FX 76-120 - airfoiltools.com/airfoil/details?airfoil=fx76120-i…
Числа Рейнольдса подобраны для воздуха 20С, скорости 60м/с и ширины хорды 65мм (калькулятор есть на том сайте).
Если сравнить поляры аэродинамического качества Cl/Cd v Alpha, то из них следует, что асимметричный профиль имеет максимальное качество в 100 единиц при угле атаки ~3 градуса, а симметричный максимальное качество 70 единиц пре угле аж 7 градусов.
Теперь можно представить, что если два ротора с разными профилями и установленными в ноль углами шага вращяются в пространстве со скоростью 1000об/мин (числа Рейнольдса на полярах подобраны именно для этих скоростей), то что бы роторы начали увеличивать обороты (читай вошли в авторотацию) их нужно двигать вниз с такой скоростью, что бы угол атаки для первого составлял ~3 градуса, а для второго ~7 градусов. При этих скоростях оба ротора будут работать при максимальных для их профилей аэродинамических качествах и иметь подъёмную силу, а так как подъемная сила перпендикулярна потоку, а поток воздуха находится под углом атаки наклоненным вниз, то только ротор у которого вектор суммы всех сил наклонен вперед (TAF на картинке) будет авторотировать.
Тут думаю не надо объяснять, что второй ротор для достижения угла атаки в 7 градусов двигаться должен намного быстрее первого, а это значит, что энергии (потенциальной вертолета, либо тяги маршевого мотора автожира) для этого требуется больше.
Чисто теоретически, я думаю существуют такие обороты и скорость снижения, когда и симметричный профиль начнет авторотировать при нулевом шаге, но это чисто теоретически, а вот асимметричный авторотирует даже при положительном шаге и никакие законы физики этот процесс не нарушает.
Вы опять ошибаетесь. То что вы указали зеленой линией это ось вращения хаба, а не ротора. В анимации все верно указано.
Предлагаю сверить наше понимание терминов и определений.
В моем понимании ротор - это тоже самое, что и несущий винт (по нашему). То есть, то, что вращается.
Определение из википедии. Несущий (основной) винт — воздушный винт с вертикальной осью вращения, обеспечивающий подъёмную силу винтокрылому летательному аппарату (как правило, вертолётам), позволяющий выполнять управляемый горизонтальный полёт и совершать посадку. Основная функция такого винта — «нести» летательный аппарат, что и отражено в названии[1]. Также его весьма часто называют просто ротором.
А хаб - это то, на чем закреплены лопасти.
В зарубежной литературе и руководствах к эксплуатации, ротором называется сборка состоящая из двух лопастей соединенных между собой стержнем хаба. Ротор в свою очередь устанавливается на подвижном шарнире в наклонную голову или наклонный хаб (встречал оба названия).
Мне такая терминология кажется более уместной так как приводится и в мануалах к модельным вертолетам, где осью хаба называется то к чему крепятся цапфы, а хабом то куда ось вставляется.
Но в мануале к робинсону хабом почему то называется то к чему крепятся лопасти и в их варианте получается, что ротор это сборка двух лопастей с хабом.
Продолжу теорию авторотации. Математика говорит, что ротор с симметричным профилем лопастей может авторотировать с нулевым и даже положительным углом установки и достаточно хорошо, но что бы он это делал должны быть соблюдены определенные условия. В потоке воздуха обычного домашнего вентилятора данный эффект увидеть не получится.
Итак. В качестве модели я взял параметры RAW Nitro:
- вес 4.8 кг
- диаметр ротора 1.53м
- длина рабочего участка лопасти 0.6м
- хорда 0.06мм
- площадь лопасти 0.036м^2
- обороты на которых мы будем входить в авторотацию 1000об/мин. Входить будем отвесно. Ветер 0м/с
- линейная скорость лопасти 60м/с. Для упрощения взята точка на удалении 70% от начала рабочего участка
- профиль лопасти симметричный WORTMANN FX 76-120 - airfoiltools.com/airfoil/deta...6120-il#polars
- шаг 0 градусов
С помощью формулы находим такой коэффициент Cl при котором подъемная сила будет достаточна, что бы компенсировать вес летательного аппарата. Для нашей модели это 0.29
0.5 * 0.072(площадь лопастей) * 1.2754(плотность воздуха) * 0.29(Cl) * 60.0^2(площадь лопасти) = 47.9346N(4.8879kgf)
Теперь мы идем в справочник профиля и находим угол атаки и коэффициент сопротивления при котором лопасть имеет Cl=~0.29
Alpha = 2.75
Cd = 0.00806
Cl/Cd = 36.5136
Угол атаки нам здесь нужен лишь для того чтобы посчитать скорость снижения, которая к дальнейшим расчетам не имеет никакого отношения 😃 и она будет равна:
60 * tg(2.75) = ~2.9м/с
Теперь нам нужно найти полное аэродинамическое сопротивление для данного угла атаки используя Cl/Cd коэфициент. Именно эта сила останавливает наш ротор:
4.8(подъемная сила) / 36.5136 = 0.1315kgf
И силу которая заставляет наш ротор вращаться:
4.8(подъемная сила) * sin(2.75) = 0.23kgf
Ответ: ротор будет авторотировать, потому что 0.23kgf > 0.1315kgf, но только если это прямолинейно летящий планер 😃.
Что бы получить точный ответ для практического применения нужно провести те же расчеты по всей длине лопасти с шагом хотя бы 10мм учитывая разные углы атаки, потом каким то образом те результирующие моменты сил сложить учитывая их удаленность от центра вращения. Вот только тогда можно будет точно ответить на вопрос - будет ли данный профиль ротировать при 0 шаге или нет.
P.S. Попробую в экселе таблицу сделать, но пока мне непонятно как складывать моменты вдоль лопасти.
Сделал в экселе расчет с разбиением лопасти на сегменты длиной 10мм. Математика говорит, что ротор ротировать должен, но при определенных условиях конечно.
Ниже линк на расчет. Можно скачать и менять параметры выделенные только жирным шрифтом. Результат - зеленым это подъемная сила ротора, а красным крутящий момент в авторотации.
docs.google.com/spreadsheets/d/…/edit?usp=sharing&…
Остальные параметры, которые жирным шрифтом не выделены это чисто информация о модели и на расчет не влияют, но например вес нужно учитывать, чтоб подъемная сила не превышала его при заданной скорости снижения иначе будет нарушен закон сохранения энергии.
Результат такой: на оборотах 800, ротор диаметром 1.53м с симметричным профилем упомянутым выше, с длиной хорды профиля 0.06м, шаге 0.1 градус и скорости снижения 0.35 м/с должен ротировать и довольно бодро, а именно создавать 0.7кгс/м момент на валу. Много это или мало я не знаю. В расчетах не учтены потери в трансмиссии величина которых мне не известна.
Допускаю, что в расчете могут быть ошибки, расчет может не соответствовать реальным условиям, неверно подобрано число Re, турбулентность, неверно расчитано сопротивление, но я по польшей части это делал для себя, чтоб разобраться, а если данная информация еще кому то пригодиться для понимания принципа авторотации, то я буду рад что помог.
Что в расчете учтено:
- изменяющийся угол атаки вдоль всей рабочей поверхности лопасти
- скорость набегающего потока на лопасть, а именно корень суммы квадратов векторов линейной скорости лопасти и скорости снижения
- проекция подъемной силы на плоскость вращения ротора
- сила сопротивления считается для всей площади сегмента, а не результат деления подъемной силы на Cl/Cd как в посте выше
- результирующий крутящий момент на роторе как сумма момента каждого отдельно взятого сегмента умноженого на радиус приложения силы
- для каждого угла атаки, с шагом 0.25 градусов, выбираются коэффициенты Cl и Cd из соседних XFOIL_# таблиц
В предыдущей версии расчета были допущены грубейшие ошибки, а именно отсутствовала конвертация ньютонов в килограмм силу и радианов в градусы 😃 После исправления результаты стали выглядеть более правдеподобно.
docs.google.com/spreadsheets/d/…/edit?usp=sharing&…
На снижении со скоростью 3.31m/s, шаге 0 и оборотах 800, крутящий момент на валу ОР создаваемый силой авторотации составляет 0.11kgf*m
Так же учтен срыв потока для поляра XFOIL_2 если угол атаки выходит за пределы таблицы. Расчет теперь бесконечно не ротирует при снижении оборотов.
Если тот же расчет применить к асимметричному профилю XFOIL_4, то можно подобрать такие обороты при которых момент на валу будет в 1.83 раза выше при той же скорости снижения и шаге.
С теорией вроде бы разобрался. А как на практике? Я поднял логи от 01.11.2021, когда делал видео авторотаций и внезапно для себя обнаружил, что я ротирую с положительным шагом 😃
На картинке лог второй по счету авторотации которая ниже на видео.
Лог:
- желтый (SE) это холд (если внизу то мотор работает на ХХ);
- красный (RPM) это обороты мотора;
- зеленый (Thr) это шаг с разрешением ±1024.
Тут линк на лог в нормальном разрешении.
drive.google.com/file/d/…/view?usp=sharing
При приближении графика во вьювере шаг в авторотации составляет 50-90 единиц, что в переводе на углы 12/1024*50…80 равно +0.6 - +0.9 градусов. Можно конечно придраться мол механика криво настроена, но у меня с этим строго. 0 на передатчике соответствует нулю механической установки лопастей, а ±0.1 градуса дают люфты в сервах.
Увы высотомер установлен на другом вертолете потому скорость снижения неизвестна, а обороты судя по раскадровке ~900rpm. Ветер присутствует, вертолет на видео (вторая ротация) ротирует с ~4-5м/с поступательной скоростью и +0.6 - +0.9 шагом.
Хорошая погода была сегодня. Безветрие. А меня интересовал вопрос - с каким максимальным положительным шагом модель может отвесно авторотировать.
Войдя в устойчивую авторотацию я поборол страх и начал постепенно увеличивать шаг, пока как мне показалось я начал видеть отдельно вращающиеся лопасти. Дальше увеличивать я не осмелился 😃 По ощущениям обороты ротора были 600-700об/мин. Верт не падал, а плавно авторотировал отвесно к земле с шагом +2 градуса в течении 12 секунд, как потом показали логи. Но сажать с такими оборотами я не рискнул по понятным причинам.
Потом я проверил еще один момент, а именно - как влияет поступательная скорость на шаг, то есть насколько нужно увеличивать шаг для поддержания постоянных оборотов при разгоне вертолета.
Снова устоявшаяся авторотация, я наклоняю циклику вперед, верт начинает разгоняться, скорость снижения тоже увеличивается, а обороты ротора растут. Я увеличиваю шаг и верт горизонтально ускоряется еще сильнее, а вертикальная скорость падает и так далее. При таких условиях, имея горизонтальную скорость, аппарат я посадил используя кинетическую энергию поступательного движения для поддержания оборотов ротора у земли. Из логов было видно шаг +2.8 градусов.
Теория говорит, а практика подтверждает, что отвесная авторотация с положительным шагом возможна даже у ротора с симметричным профилем лопасти.