Парусник на подводных крыльях - версия №2
Решил продолжить создание модели, которая должна будет проплыть-пролететь над водой на парусной тяге.
За основу выбрал ту, которая описывается в статье из “Моделиста-конструктора”: “Крылья под парусом” modelist-konstruktor.com/…/krylya-pod-parusom
Вот оригинальные рисунки из журнала:
На данный момент у меня получилось создать каркас, надводные и подводные крылья 😃 Некоторые детали брал из предыдущей версии модели. Масштаб подгонял под имеющиеся у меня размеры парусов.
Конструкция корпуса задумана разборной. Для того, чтобы было удобно транспортировать модель в разобранном виде до/с места испытаний. Предусмотрено три положения установки мачты (для корректировок взаиморасположения ЦП и ЦБС в ходе испытаний).
Ничего по пропорциям я от себя не вносил - максимально копировал оригинальные размеры, данные в чертежах. Разве что добавил распорки-треугольники. Они предотвращают скручивание и пространственно связывают каркас воедино, жесткости добавляют.
От предыдущей модели осталось две мачты. На их основе я сделал два варианта парусного вооружения: грот и грот+стаксель. Опять же, это дает маневр, варианты и регулировки ЦП и ЦБС для модели во время будущих испытаний.
Фанерный каркас модели самонесущий (силовой). На него будут крепиться подводные крылья (после покраски) и пенопластовые поплавки (после их изготовления). Радиоуправления не планируется; прямой запуск.
Я посчитаю удачей (100% достижением моей цели) если модель сможет проделать следующее: при скорости ветра от 5-8 м/сек пройдет курсом бакштаг или галфвинд расстояние не менее 6-8 метров.
Т.е. поплывет относительно прямолинейно и стабильно в надводном положении; “пролетит” небольшое расстояние, опираясь на поверхность воды своими крыльями 😃
Теоретически он должен пройти гораздо более чем 6-8метром. Очень хорошо что отказались от радиоуправления, а то некоторые теперь его добавляют все что надо и нет. Хочется посмотреть фото после покраски, будет просто ракета 😉
Собрал финальный вариант парусника. В целом, он готов для испытаний на воде, к запуску в рабочем режиме. Предварительно делал погружение модели в воду (дома) - ватерлиния реальная совпадает с расчетной. Т.е. баланс веса вперед/назад, вправо/влево соблюден.
Углы настроены опять же строго по оригинальному руководству: переднее крыло - 5 градусов, задние - 2 градуса.
А это - отдельные узлы крупным планом: корпус, крепления поплавков и крыльев. Крепление сделал на винтах М3 с контргайками (в предыдущей версии были винты М4). Причина - все ради снижения веса.
Нашел так же чертеж деталей из фанеры, которые отдавал на резку (для последующей склейки/сборки).
Еще пришла такая вот мысль - если крылья (с плоской поверхностью) из алюминия не подойдут, то можно будет сделать крылья из текстолита (с выпуклой поверхностью). Текстолит в два раза меньше по плотности, чем алюминий. Т.е. будет иметь выигрыш в массе (пускай в 1,5 раза), и - выигрыш в подъемной силе (пускай, примерно в 1,3-1,4 раза).
Но - крылья из текстолита собрать намного сложнее (клеить надо). Да и обработку профиля надо делать (шлифовать-выводить). Оставлю это как запасной (альтернативный) вариант.
Вес модели в сборе получился около 240 грамм. Это в два раза легче, чем предыдущая версия! А площадь подводных крыльев - осталась такой же. Т.е. вероятность успеха - выше. Конечно, на успешность запуска влияют множество факторов (не один лишь вес). Испытания на открытой воде должны дать ответ на этот вопрос 😃
Выбрал удачный момент - испытал модель на воде. Ветер был 3 м/с (с порывами до 6-7 м/с). Модель движется по воде, не переворачивается, но - не так как ожидалось.
Вместо курса бакштаг она разворачивается на курс бейдевинд. Т.е. - носом к ветру (вместо того, чтобы быть кормой к ветру). Причина (как я понял) - неверное соотношение ЦП и ЦБС. Центр парусности смещен к корме - вот модель под ветром и поворачивает.
Второй парус (с стакселем впереди) я, к сожалению, не взял. Придется еще раз выезжать на испытания 😃 😦
При протяжке вперед (прилагая усилие спереди) - модель выходит из воды, движется на подводных крыльях.
Выводы:
- создать подъемную силу на подводных крыльях относительно легко
- уравновесить, сбалансировать тягу от парусов (чтобы получить устойчивую систему в движении) сложно.
Нужна помощь (оценка со стороны).
Проверьте (подтвердите | опровергните | подкорректируйте) правильность моих рассуждений. Хочу сначала “подумать”, а потом уже браться за изменения в модели.
Суть вопроса: Что именно не так в текущей модели? Из-за чего ее приводит носом к ветру (вместо прямолинейного движения вперед). Требуется взаимная корректировка положения ЦП и ЦБС.
Теория говорит следующее (см. схему внизу):
У меня первый случай (самый левый, модель поворачивает вправо, на ветер). Причем - этот поворот делается резко и быстро, почти без какого-либо отрезка прямолинейного пути, с сильным доворотом.
Значит, паруса вынесены слишком далеко назад, либо - площадь подводных килей/рулей такова, что их центр вынесен слишком далеко вперед. Верно?
Вот фото моей модели в профиль:
Какие корректировки я хочу внести:
- уменьшить площадь (глубину погружения) переднего подводного крыла/киля
- увеличить площадь (глубину погружения) задних подводноых крыльев/килей
- сместить мачту немного вперед
- установить стаксель
Ожидаю, что это приведет к новому балансу сил (новому положению ЦП и ЦБС), которое и требуется для обеспечения прямолинейного движения модели.
Так же для примера привожу референсы (отсылки на предыдущие подобные парусники). Для сравнения, анализа, обобщения. Как по мне - то во всех них ЦП расположен очень близко с ЦБС, почти что они вокруг одной линии колеблются.
Вот еще нашел необычное решение, как люди решают проблему центровки на hydrofoil моделях. А именно - на подводные крылья внизу добавляются вертикальные отрезки, кили дополнительные. Их длину можно регулировать прямо в процессе, устанавливать/снимать во время испытаний.
Надо будет взять себе на заметку (это - как частичный ответ на мой вопрос, заданный в предыдущем сообщении).
Источник: www.stephan-brunker.de/…/hydrofoils.html
Внес в модель следующие доработки:
- уменьшил площадь переднего подводного крыла/киля (-20 мм по высоте)
- увеличил площадь задних подводных крыльев/килей (+30 мм по высоте каждый)
- установил стаксель
- добавил съемные кили (см. подробности ниже)
Съемные кили - это небольшие отрезки металла, которые можно будет быстро установить/убрать с модели при испытаниях (в случае, если величины бокового сопротивления окажется недостаточно для обеспечения прямолинейного движения):
Испытал текущую версию модели. Ветер был примерно 3-5 м/с.
Из “+” - баланс найти удалось, модель идет по ветру и против ветра.
Из “-” - при курсе бакштаг модель переворачивается. Площадь парусов (и создаваемое ветром давление) выше, нежели устойчивость модели.
Насколько я подумал, это “лечится”:
- добавлением грузов на подветренную сторону
- уменьшение площади парусов
- изменением количества (расположения) опор об водную поверхность
Из самого простого - это грузики прицепить на подветренную сторону.
Треугольным парус делайте и будет движение…)