Search in topic

Аэродинамика летающих крыльев

Какой планируете размах и по какой технологии?

будем делать из того что есть под рукой. первый пепелац наверно буду делать из теплоутеплителя . если полетит то может быть пена плюс бальза.

размах где то 1800мм .думаю для удовольствия хватит.
центр 270мм.конец крыла 190мм . -3 градуса крутка. стреловидность 20. плюс винглеты .осталось выбрать профиль…

пожалуй остановлюсь на PW106 он уже обкатан многими. RS004a встречается только на С0 моделях . где то даже советовали на С0 моделях RS004a заменить на PW106. про MH 64 также мало информации

пожалуй остановлюсь на PW106 он уже обкатан многими.

Сравнил в XFLR5 на 2000мм размахе. На графике скорости снижения: зеленый PW106, желтый комбинация RS004a и мод.MH 64, красный классика с AG25.

Разница небольшая, думаю PW106 хороший выбор.

Peter Wick
Часть 4.

В первых частях серии мы увидели, что:

1. прямые ЛК больше подходят для «слопа» чем для «термы»;
2. лучше использовать профили с малой вогнутостью (1-2%).
   Как я уже говорил, Phoenix имея в два раза большую вогнутость по сравнению с EH 1,5/9 , не имеет преимущества по скорости снижения, для нашей стандартной тестовой модели прямого ЛК (только на малой скорости 7-8м/сек, Phoenix имеет небольшое преимущество).
   Phoenix тем не менее хорошо подходит для наших целей, он тонкий - 8,2%, имеет переход к турбулентному обтеканию в точке 20% хорды (верхней поверхности профиля). Это дает достаточно времени, чтобы поток присоединился снова и следовал по S-образному хвостику профиля с сохранением положительного момента профиля, это сочетается с большой вогнутостью.

Управляющие поверхности.
Изменение угла атаки на прямом ЛК может быть выполнено за счет изменения момента профиля (отклонения элевонов) или изменения положения ЦТ (запаса устойчивости).
В первую очередь мы выясним, что происходит при отклонении элевонов.

Мы хотели бы, что бы минимальное отклонение элевонов вызывало максимальный балансировочный момент. Потому, что аэродинамическая сила создающая этот момент работает на уменьшение подъемной силы.
Величина изменения балансировочного момента зависит от относительных размеров хорды элеронов. Рис.15.

Из графика видно, что оптимальная хорда элевонов 20% (лежит в диапазоне 16-40%) хорды крыла. Это соблюдается для средних по толщине профилей.
Следующий вопрос – какой длины должны быть элевоны (по размаху крыла)?
Если элевоны расположены по всему размаху – их влияние (момент) будет максимальным. В этом случае, требуется их минимальное отклонение.

На модели «GreenMonster» , запас устойчивости 3%, при этом максимальное отклонение элевонов вверх составляет 2,5мм и вниз 1,2мм. Этого достаточно для любых ситуаций: от полета на минимальной скорости, до полета в «инверте». Как можно ожидать, если сервоприводы плохо держат нейтраль (не точно возвращаются в исходное положение при отпускании «стиков»), управление таким ЛК становится сложным.

Обычно это решается увеличением запаса устойчивости. К сожалению это не только увеличивает стабильность ЛК, но и уменьшает управляющий момент от элевонов. И поэтому требуется их большее отклонение, что в результате ухудшает эффективность (качество) и скорость.

Если элевоны занимают только половину размаха крыла, они должны отклоняться в 2 раза сильнее. В то же время при отклонении элевонов будет изменяться распределение подъемной силы (если это не учтено при проектировании модели).

Расположение элевонов ближе к корню делает крыло более склонным к концевому срыву. И наоборот расположение их ближе к концу крыла делает полет более устойчивым, и безопасным (относительно срыва).

На большом ЛК элевоны можно разделить на части. Если вы используете 2 пары элевонов, то появляются дополнительные возможности. Я для такого случая, использую трехпозиционный переключатель для настройки ЛК на разные режимы: медленный полет, «дистанция» и скорость/аэробатика.
Настройка двух пар элевонов аналогична настройке в F3B.

Отклонение всех элевонов на одинаковую величину сохраняет форму распределения, так лучше сделать на своем первом ЛК.
В начале, настройка желательна без использования дифференциала и может быть изменена в дальнейшем. Я использую дифференциал «наоборот», что позволяет делать очень «агрессивные» развороты.
При использовании двух пар элевонов вы можете реализовать подобие РН, или использовать их для нейтрализации паразитного рыскания, настроив дифференциал как на Рис.17.

Как вы видите на рисунке, правая сторона крыла работает почти как тормоз (бабочкой). Угол атаки такой же, как без отклонения, поэтому не возникает момента тангажа при разворотах.
Красная линия – это распределение подъемной силы. В результате возникает доворот по оси рыскания в сторону крена.

Вертикальный стабилизатор.
Винглеты в большей или меньшей степени бесполезны для уменьшения рыскания на прямых ЛК, из за малого плеча относительно ЦТ. Они только добавляют инерционности (в повороте вокруг вертикальной оси) и имеют довольно большое сопротивление.
Поэтому лучшее решение – это центральный вертикальный стабилизатор (киль). Но какого он должен быть размера и формы?
Для начала, предпочтительнее вертикальный стабилизатор расположить непосредственно за крылом (за задней кромкой крыла).

Когда вы используете элевоны для крена, за крылом, образуется сильный спиральный вихрь (по продольной оси). Этот вихрь воздействует на киль так как если бы тот был отклонен от нейтрального положения (Рис.18).

Если киль располагается только выше крыла, то действие этого эффекта, может противодействовать паразитному рысканию.
На эффект влияет продолжение киля впереди-сверху фюзеляжа. Так же расстояние между элевонами должно быть минимальным. (Эффект зависит от расположения киля).

Размер и форма киля.
Я много наблюдал за поведением моделей в зависимости от формы киля. Эти наблюдения включали:
Тест. 1 Быстрые повороты в F3F, с последующей корректировкой ошибки. Когда после ошибки пилота, ЛК возвращается на нужный курс и сколько времени требуется для стабилизации (прекращения раскачки) на курсе.
Тест. 2 Во втором случае я следил за поведением на малой скорости, когда «перекладка» элевонов направо, потом налево и снова направо и т.д., вызывает паразитное рыскание и это хорошо видно когда модель прямо над вами.
Тест. 3 Тест в «боевых» условиях, когда вы управляете резкими отклонениями с большими расходами в «неожиданных» положениях модели. Я обращал внимание на то, как быстро модель стабилизируется на курсе.

Результаты довольно субъективные и к ним нужно относиться с осторожностью.
Во первых, разница в форме и положении киля (при одинаковой площади) была, на удивление, очень малой. Но если попробовать лучший вариант после худшего, разница очень заметна.

Выводы: Киль большого удлинения (высоты) лучше для первой и второй тестовой ситуации, в то время как киль малого удлинения (высоты) лучше для воздушного боя.
Этот результат понятен, так как при большем удлинении подъемная сила нарастает быстрее (при малых отклонениях по рысканию).

В ситуации Тест. 1 лучше работает киль в виде как на Рис.19А.
«Мягкая» реакция и хорошее поведение при больших углах рыскания наблюдалась с килем как на Рис.19В.

Вопрос по величине площади киля довольно сложный, но решение предложенное Werner Thies вполне приемлемо:
Площадь киля Af = A*b/2 /STAf*xf
A –площадь крыла;
b/2 –полуразмах;
Xf –плечо (расстояние до ЦТ);
STAf –фактор стабильности (для начала используем значение 42).
Следующие параметры увеличивают необходимую площадь киля:

• Ваше крыло предназначено для «термы» на небольшой скорости;
• Большое удлинение крыла 6-10;
• Большой размах 48”-71”;
• Тяжелые концв крыльев;
• Большая площадь фюзеляжа перед ЦТ.

Для оптимизации площади киля вы можете для начала использовать большой киль из коропласта и корректировать его площадь после тестовых облетов.

Форма крыла в плане.
Множество прямых ЛК напоминают, деревянные панели из магазина строительных материалов.
Это хорошая форма для удлинения не больше 6. Более того нет никакой причины не делать их в форме крыльев F3B, со средним сужением.
Если крыло не имеет сужения, мы получаем распределение которое не использует весь потенциал профиля.

Я за ЛК с прямой передней кромкой, этому есть две причины:
ЛК с прямой передней кромкой менее подвержены порывам ветра. В порывистый ветер ЛК со стреловидностью теряет много по сравнению с обычным ЛА. ЛА обычной схемы с нормальным оперением, то же, реагируют на порывы ветра, но за счет лучшего демпфирования, изменения по тангажу не особенно заметны.
В таких условиях требуется увеличение запаса устойчивости – более передняя центровка (с небольшим ухудшением качества).

Другая причина почему ЛК с прямой кромкой имеют преимущество, в том, что элевоны расположены ближе к ЦТ (меньше плечо их действия), и по этому имеют меньшее влияние на положение модели по тангажу. Использование дифференциала не влияет на тангаж при отклонении элевонов.
Однако такая форма крыла (с прямой передней кромкой), сдвигает ЦТ вперед, что требует большей длины фюзеляжа для балансировки.

Конструкция и постройка.
Очень важно иметь малую инерционность по тангажу. Все, что находится позади ЦТ должно быть максимально легким или должно быть перенесено к ЦТ или убрано совсем.
Так же важно использовать очень точные сервоприводы. Они не должны быть очень быстрыми, поскольку отклонения по РВ очень малы, но «люфта» не должно быть, и они должны точно «держать» нейтральное положение.

Возможно, по причине несоблюдения этого требования, прямые ЛК имеют плохую репутацию.
Так же, это может быть связано с отношением к прямым ЛК некоторых моделистов: - «А, это «доска». У меня остались «сервы» с ДВС, который недавно разбился, думаю, они еще работают».

Peter Wick
Часть 6. Профили PW51, PW75 и PW106.

Когда я начинал проектировать PW51, я сделал список характеристик профиля влияющих на поведение ЛК:

PW51:
Характеристики профиля довольно стабильны по сравнению с другими профилями аналогичного назначения.

Коэффициент момента слегка положительный, но небольшие погрешности изготовления могут повлиять в худшую сторону.
Хорда элевонов в проекте должна быть 20%, но небольшое увеличение хорды, не показало заметного ухудшения характеристик.
Прямые ЛК с профилем PW51 очень устойчивы при любых погодных условиях и скоростях.
Профиль любит балласт, это означает – чем больше Re тем больше подъемная сила.
Не очень подходит для малой скорости. Профиль слишком толстый и имеет малую кривизну для этого.
Профиль показал себя неплохо в DS на скорости 176 км/ч, и принес мне победу на гонках в Дании в 2004 году.

PW75:
Создан на основе PW51: для «слопа» и аэробатики.

Имеет более положительный момент, без отклонения элевонов Cl=0,4. Поэтому профиль должен хорошо работать в не очень сильном «лифте».
Несмотря на то, что профиль был создан для «слопа», профиль неплохо подходит для «термы».

PW106:
Профиль так же создан на основе PW51:

Имеет больший Cl. Не может быть использован для аэробатики так как создает очень малую подъемную силу в «инверте».
Хороший выбор для «термы».

PW_profiles_dat.zip

😃
Жаль картинки мелкие. Ссылку на оригинал не сбросите?

Профили можно загрузить в программу и посмотреть “подробнее”😃

http://www.rcsoaring.com/rcsd/RCSD-2006-01.pdf
http://www.rcsoaring.com/rcsd/RCSD-2006-02.pdf
http://www.rcsoaring.com/rcsd/RCSD-2006-03.pdf
http://www.rcsoaring.com/rcsd/RCSD-2006-04.pdf
http://www.rcsoaring.com/rcsd/RCSD-2006-05.pdf
http://www.rcsoaring.com/rcsd/RCSD-2006-06.pdf

загрузить в программу

Ленивый я. Спасибо 😃

to GreenGo
ну а как по Вашему kirk30?

ну а как по Вашему kirk30?

Толстоват по сравнению с PW106.
Насколько я понимаю, профиль это компромисс под определенные задачи. Может для медленно летающего прямого ЛК это то, что нужно? 😃

ну а как Cm по Alfa у Kirk30 по сравнению со 106, Ваше мнение?

ну а как Cm по Alfa у Kirk30 по сравнению со 106

Все таки, нужно относительно какой то модели говорить. Для стреловидного ЛК, например, момент не так важен, а сопротивление оно везде мешает.

Хочу, в следующий раз, кратко сравнить несколько профилей для стреловидных ЛК (в этой теме), и не против квалифицированных замечаний.

Профили для стреловидных ЛК.

1. Профили для стреловидных ЛК, с похожими характеристиками.

MH64, MH22 (delta400), PW51, DeltaN8 «быстрые» профили, с малым коэффициентом сопротивления, и небольшим отрицательным моментом. Одинаково не очень хорошо работают на малой скорости (PW51 и DeltaN8 немного лучше). Хорошо подходят для стреловидных ЛК, из за малого момента профиля и хорошего соотношения Cl/Cd на малых углах атаки.
На двухметровой модели стреловидного ЛК (в XFLR5) «побеждает» профиль с минимальным сопротивлением. Потому, что остальные характеристики мало отличаются.

2. Профили для стреловидных ЛК, различающихся по скорости максимального качества.

PW106 лучше ведет себя на малой скорости, MH64 хорошо на большой и хуже на малой скорости.
DeltaN8 занимает среднее место, т.к. почти не отстает от PW106 на малой скорости и от MH64 на большой (даже слегка опережает).

В этом сравнением, я хотел показать, по каким характеристикам можно оценивать профили для стреловидных ЛК. Коэффициент момента Cm не так важен (график 4), но желательно, чтобы он не был большим (отрицательным). Качество Cl/Cd (график 5), имеет большое значение на малых углах атаки, поэтому симметричные профили не очень хороший выбор для стреловидных ЛК. Сопротивление Cd (график 6)на малых углах атаки так же имеет большое значение поэтому хорошо подходят тонкие профили 8-9%. Поведение на малой скорости и на больших углах атаки (пилотаже) зависит от критического угла атаки и максимального значения коэффициента подъемной силы Cl (график 2). По графику Cl от Cd (график 1)можно оценить работу профиля на малых и отрицательных углах атаки (в инверте).

DeltaN8 на практике не проверялся, поэтому координаты пока не выкладываю.

Для большей “наглядности” сравнение моделей стреловидных ЛК с профилями MH 64, PW51 и PW106 (размах 2000мм, вес 1300гр.):

График скорости снижения Vz в зависимости от скорости Vx. Скорость снижения меньше 0,4м/сек - это не хуже чем у классики, на таком же размахе.

График качества в зависимости от скорости.

Различие по максимальному качеству, намного заметнее чем разница в скорости снижения. MH 64 выглядит лучше, но его преимуществом будет сложно воспользоваться т.к. скорость на которой у него минимальное снижение очень близко к скорости срыва.

Выкладываю на русском полезную книжку про ЛК depositfiles.com/ru/files/mxloqhgn4?redirect книжка Капковского.Читаю - настроение поднимается и душа радуется!Рекомендую всем!

Выкладываю на русском полезную книжку про ЛК depositfiles.com/ru/files/mxloqhgn4?redirect книжка Капковского.Читаю - настроение поднимается и душа радуется!Рекомендую всем!

Ссылка на эту книгу есть на конференции. Если не ошибаюсь, даже в этой ветке. Однако там не забыли отметить, что Капковский в своей книге рассматривает СВОБОДНОЛЕТАЮЩИЕ крылья. И, к сожалению, начинающим моделистам не всегда ясна суть отличий. Так что титать её здорово, а вот советовать бы нужно с осторожностью 😉

Еще одна интересная на мой взгляд тема.

Анализ модели стреловидного ЛК в XFLR5.http://www.xflr5.sourceforge.net

Предисловие ​****Franchesco Meschina.
Многие моделисты знакомы с XFoil, известной программой Марка Дрелы и Гарольда Юнгена.
Эта программа выполняет симуляцию двухмерного воздушного потока вокруг изолированного профиля без учета многих 3D эффектов в том числе индуктивного сопротивления.

Этот вид анализа хорошо подходит для сравнения профилей, но требует дополнительной работы для дальнейшего анализа характеристик крыла или всего ЛА. Довольно сложной задачи включающей множество переменных и требующей учета многих факторов.

По причине своей большой важности не только для моделистов, но и для большой авиации эта «проблема» исследовалась уже давно, и для ее решения было предложено много методов. В том числе - VLM (vortex lattice method).

Не вдаваясь в подробности этого метода можно сказать, что в основе VLM, лежит разбиение несущих поверхностей ЛА на набор панелей. Каждая панель имеет присоединенный подковообразный вихрь. Используя несколько граничных условий можно рассчитать подъемную силу и сопротивление, создаваемое каждым присоединенным вихрем. Просуммировав вклады всех отдельных вихрей можно получить характеристики всей несущей поверхности.

По причине сложности расчетов в VLM, он не мог быть широко использован в «до цифровую эпоху». Только с появлением компьютеров после 60х годов прошлого столетия VLM показал себя как мощный инструмент и был использован для изучения и создания множества различных аэродинамических проектов.

Несколько лет назад метод стал доступен для моделистов, когда Марк Дрела и его группа выпустили программу AVL. Но аналогично как и в случае с программой Profili2 (Stefano Duranti), VLM стал более доступен для неспециалистов, с появлением программы Andre Deperrois XFLR5.

Программа Andre Deperrois внесла новый вклад в анализ. В то время как классический VLM метод принимает поток воздуха как не имеющий вязкости и поэтому не совсем реалистичен для малых, модельных чисел Re. В XFLR5 принимается, что вклад вязкого и не вязкого обтекания воздушным потоком, линейно не зависимы и VLM метод может быть дополнен XFoil анализом, для получения более реалистичной математической модели.

Deperrois предупреждает, что эта «гипотеза»- о независимости вкладов вязкого и невязкого обтекания, не подтверждается теорией аэродинамики, поэтому к результатам VLM нужно относится с осторожностью и они требуют дополнительной проверки. Поэтому пользователи программы XFLR5 должны относиться с пониманием некоторых ограничений математических методов положенных в ее основу.

В XFLR5 должна быть «загружена» геометрическая модель несущей поверхности и набор поляр используемых профилей, для диапазона чисел Re достаточного, чтобы перекрыть все полетные режимы.
Другими словами, прежде чем начать использовать программу XFLR5, пользователь должен найти файлы координат профилей которые он использует и подготовить размеры трехмерной модели ЛА.

Так же нужно помнить, что XFLR5 это просто симулятор для набора физических переменных и не может дать ответы кроме тех на которые мы готовы задать вопросы. Это удобный инструмент, но задача научить нас хорошо проектировать ЛА выходит за рамки его применения.

На много лучше подходить к программе с практической точки зрения, зная ее возможности и ограничения, и то какие ей нужно задавать вопросы. Поэтому возьмем практический случай, чтобы на его примере найти ответы на некоторые общие вопросы: определение поляры модели, анализ устойчивости по тангажу, анализ распределения подъемной силы вдоль размаха крыла, определение балансировочных отклонений управляющих поверхностей.

Часть 1. Моделирование тестовой модели.
В качестве тестовой модели возьмем стреловидное ЛК, размахом 1800мм, весом 1200 гр., со следующими “проектными” характеристиками: рабочая скорость 18 м/сек, минимальная скорость 7 м/сек, максимальная скорость 28 м/сек.

Моделирование начинается с профиля, поэтому считаем, что с этим мы уже определились, это будут: MH64мод. и PW75.
Когда профиль найден и загружен на ваш компьютер, можно запустить XFLR5 и начать с импорта файла координат. Из меню File выбираем Load File и открываем файл типа .dat, (.plr, .wpa).
Теперь, когда у нас есть профили, можно используя модуль XFoil, рассчитать их поляры. Из меню выбираем Application -> XFoil Direct Analysis.
1.Выбираем тип анализа Type 1 (для фиксированной скорости и величины хорды, и переменной величины коэффициента подъемной силы).
Для каждого профиля мы должны рассчитать набор поляр, перекрывающий диапазон чисел Re, соответствующий желаемым полетным режимам.
2. Выбираем из меню Polars -> Run Batch Analysis -> Edit List, и добавляем в список числа от 60000 до 800000, как на рисунке.

3.Дальше нужно задать диапазон и шаг изменения угла атаки. В разделе Range, выбираем alpha, min -3 град. , max 16 град, increment 1 град.
4.Нажимаем Analize и ждем несколько минут в зависимости от мощности компьютера.
По окончании расчета, мы получим «семейство» поляр, и сможем рассмотреть их подробнее, нажав на цифровой клавиатуре число соответствующее графику от 1 до 5.
После того как семейство поляр рассчитано для всех необходимых профилей, пора приступить к созданию трехмерной модели нашего ЛК. К этому моменту мы должны знать геометрические размеры, стреловидность, величину крутки и величину поперечного V.
Выбираем из меню Application -> Wing Design
Wing/Plane -> Define a Plane. В появившемся окне нам нужно ввести имя модели, затем выбрать
Main Wing -> Define. В этом окне мы вводим данные по трехмерной модели. Форма крыла задается в виде одного или нескольких трапецевидных панелей, для каждого задается: размах, хорда, смещение от передней кромки, поперечное V, крутка и профиль.
Наша модель вначале будет состоять только из одной панели. Введем ее размеры:
Для корневого профиля:
Pos – 0,
Chord – 270мм,
Foil Name - MH64mod.
Для концевого профиля:
Pos-900мм,
Chord – 160мм,
Offset – 390мм,
Twist - -4град.
Foil Name – MH64mod.

При расчете используется разбиение крыла на определенное количество панелей - Total VLM Panels. Чем больше панелей тем расчет точнее. Но большое количество панелей отнимает у программы много ресурсов, поэтому перед закрытием окна желательно нажимать на кнопку Reset VLM Mesh, для оптимизации количества панелей.
После закрытия окна, когда все размеры введены правильно, мы можем увидеть нашу тестовую модель в 3****D View режиме программы. В изометрии Iso или в одной из трех проекций – X, Y, Z.

В следующей части рассмотрим расчет и анализ поляры модели.

wing_1800test.zip

ну это вряд ли, куда же он денется

А вы замечали, насколько по-разному реагируют на РН пилотажки и тренеры?

Анализ модели стреловидного ЛК в XFLR5.

Часть 2. 3D поляра модели.

Нам остался только один шаг до получения поляры модели.
Для расчета выбираем из меню: Polar -> Define Polar Analysis.

Мы должны определить несколько условий. Поэтому для начала мы должны решить какой вид анализа мы хотим выполнить:
для постоянной скорости - Fix Speed
для постоянной подъемной силы - Fix Lift
для постоянного угла атаки - Fix Alpha.
Для анализа планирующего полета, когда крыло создает столько подъемной силы сколько необходимо для поддержания горизонтального полета, хорошо подходит второй вариант - Fix Lift.
Так же мы должны указать вес модели – Plane Weight 1200гр.
Положение ЦТ относительно передней кромки крыла - Mom. Ref. location 215мм.
Далее выбираем метод расчета VLM или LLT. Метод LLT доступен только для изолированного крыла (без оперения).
Не забываем проверить «чекер» Viscous.

Подтверждаем внесение изменений нажимая на кнопку – Ok.

Теперь мы готовы произвести анализ. Но прежде чем нажать кнопку Analyze, нужно заполнить раздел Analysis в правой вертикальной панели, мы должны задать условия расчета:

Например: угол атаки от 0 до 11 градусов с шагом 0,5 градуса. Проверяем «чекер» Store op.points и запускаем анализ.

В процессе анализа будет выводится журнал в которым могут быть сообщения, что некоторые рабочие точки – **Op.**points выходят за пределы подготовленных поляр. С этим мы разберемся позже.

После завершения работы программы анализа, мы можем посмотреть на результаты ее работы в нескольких режимах просмотра:
Polar View –в виде графиков «поляр»,
3****D View – в виде трехмерного представления,
Operating Pints View – в виде графиков рабочих точек.

На данном этапе мы будем анализировать поляру модели в режиме Polar View.
Если не открыт нужный график (Vz от Vx), через контекстное меню выбираем Graph -> Variables (или на клавиатуре V) и задаем Vz для оси Y-axis и Xinf для оси X-axis.

Полученный график показывает зависимость скорости снижения от горизонтальной скорости модели.

Можно заметить, что минимальная скорость снижения 0,4 м/сек соответствует скорости модели около 10 м/сек - чуть больше чем скорость срыва.
Другая точка – точка максимального качества около 11,5м/сек.

Эти две точки соответствуют двум важным полетным режимам планера: полету на максимальную продолжительность и полету на максимальную дальность.

Другой удобный для анализа график – это зависимость качества Cl/Cd от скорости модели Vx.

На этом графике не только хорошо видна скорость максимального качества 11,5м/сек, но и величина максимального качества модели 24,5.

На этом этапе мы подошли к очень важному вопросу: на какой скорости должна лететь наша модель, с настройками «по умолчанию», заданным положением ЦТ и при нулевом отклонении элевонов?

Ответ может быть получен если посмотреть на график зависимости суммарного момента GCm от скорости Vx. Точка пересечения этого графика с осью X – это и есть скорость на которую настроена модель. В нашем случае это 18м/сек. Это скорость равномерного полета с данной центровкой и положением РВ.

График так же показывает, что более высокая скорость приведет к кабрированию (нос модели вверх) и потере скорости и более низкая скорость приведет к «пикированию» (нос модели вниз) и набору скорости.

То, что модель настроена на 18м/сек, а не на наивыгоднейший режим планирования (10 или 11м/сек), неудивительно так мы хотим получить не паритель, а быструю модель .

На скорости 18м/сек скорость снижения Vz будет выше – 0,8 м/сек, это означает, что для поддержания модели в воздухе в безмоторном полете нужен восходящий поток меньше 1 м/сек.

Часть 3. Анализ продолжительности полетного времени с использованием MotoCalc.

В желательных характеристиках модели, в части 1., была указана максимальная скорость 28м/сек. Предполагалась не скорость планирования, а скорость горизонтального моторного полета, при разумном расходе емкости аккумулятора.

Предположим, что в наличии есть такой моторсет: и 1200об/в 45А RimFire 3536 с винтом APC 9x6, регулятор Phoenix ICE 50 и аккумулятор 2200ma 4S. Попробуем определить продолжительность полетного времени нашей модели с этим моторсетом.

Можно конечно найти формулы, которые учитывают характеристики мотора, аккумулятора и эффективность воздушного винта, но мы сделаем проще – воспользуемся хорошим инструментом, предназначенным для этого, - программой MotoCalc. Программу и русификацию смотрте в дневнике у boroda_de.

Сначала нужно внести в программу характеристики мотора, аккумулятора и винта (характеристики модели использовать не будем).

Затем нажимаем кнопку «Рассчитать» и анализируем полученные данные. Когда мы не указываем параметры модели, MotoCalc рассчитывает только моторсет – получаемую тягу в зависимости от скорости и положения стика RC передатчика. Результаты представляются или в виде таблицы или в виде графика.

Исходными данными для анализа моторсета будут: скорость модели и сопротивление модели Drag(N) и соответствующая тяга мотора на этой скорости.
Определяем в программе XFLR5, по графику Drag(N) от Vx, значения сопротивления на скоростях 12м/сек, 18м/с и 28м/с . Значения увеличиваем на 15%, для учета сопротивления дополнительных конструктивных элементов на реальном ЛК.

Подбираем в MotoCalc значение Throtle (отклонение стика) для получения нужной тяги на этих скоростях и получаем ток и полетное время:

Полученное время выглядит слишком оптимистично, т.к. это время для идеального случая равномерного горизонтального полета, без внешних и управляющих воздействий. Если принять, что расход емкости аккумулятора при маневрировании на 30-50% больше, то значение полетного времени становится более реалистичным .

Часть 4. Распределение подъемной силы.

В предидущей части мы анализировали графики характеризующие поведение модели от переменных изменяющихся в полете, в частности скорости. Есть еще один способ анализа модели по результатам расчета XFLR5.

Каждая точка отображаемая на графиках поляр модели содержит не одно числовое значение, а набор данных включающий все рассчитанные программой величины. Этот набор называется Operating point.
​

Б олее того, в Operating point хранятся не только скалярные величины отдельных характеристик модели, а набор данных распределенных по всем единичным панелям разбиения VLM метода, по всей площади крыла.
XFLR5 позволяет нам использовать эти данные для интересного и довольно «фундаментального» исследования по аэродинамике.

Например, если мы посмотрим на набор кривых описывающих распределение коэффициента подъемной силы вдоль размаха крыла, мы сможем определить какой участок крыла «нагружен» сильнее и где начнется срыв потока.

Этот вид анализа выполняется в режиме программы Operating Point View. Если у нас только одна модель в программе то нам достаточно выключить Show Current Opp Only и включить все Operating Point режимом Show All Operating Point.

Если отображение графика Cl не включено, выберем его через контекстное меню. По изменению графика с ростом угла атаки видно увеличение и перераспределение коэффициента подъемной силы ближе к концу крыла. В случае отсутствия крутки этот эффект еще заметнее и срыв при этом происходит намного раньше.

На начало срыва потока XFLR5 указывает когда в логе расчета поляры модели, на больших углах атаки в появляется сообщение подобное такому:
Span pos = -608.83 mm, Re = 92 552, Cl = 1.00 could not be interpolated
Это означает, что программа не может рассчитать очередную Operating point, косвенно показывая, что приближается срыв потока. Из этой строчки мы можем определить место на крыле где начинается срыв и при каком числе Re это происходит. Это может дать нам подсказку как исправить ситуацию и отодвинуть срыв на большие углы атаки.

Еще один набор графиков которые полезно рассмотреть – это графики распределения локальной подъемной силы, Lift.

Для сравнения, полученного на нашей модели распределения, с «идеальным» эллиптическим распределением включим через контекстное меню его отображение - Show Elliptic Loading. Как видим распределение у нашей модели не идеальное - есть возможность увеличения качества модели за счет получения лучшего распределения.

Часть 5. Анализ устойчивости по тангажу.

Устойчивость по тангажу, можно определить как способность ЛА сохранять свое положение, не отклоняясь от устойчивого положения (не поднимая нос вверх и не опуская его вниз), под воздействием возмущающих внешних сил.

Для получения графика характеризующего устойчивость, вернемся в режим Polar View.
Выберем из контекстного меню Graph -> Variables, переменную GCm для оси Y и Alpha для оси X.

Кривая на этом графике должна иметь отрицательный наклон, это означает, что модель устойчива – увеличение угла атаки создает пикирующий момент (моделя опускает нос), уменьшение угла атаки создает кабрирующий момент (модель поднимает нос).

Кривая проходит через ось X в точке 2,6град. Alpha, что говорит нам об устойчивом положении модели с таким углом атаки.

Если кривая будет наклонена с возрастанием момента при увеличении угла атаки, модель будет неустойчивой – увеличение Alpha будет приводить к увеличению кабрирующего момента.

Горизонтальная кривая говорит о нейтральной устойчивости модели.
Кривые на Рис. Сделаны при различном положении ЦТ. Когда мы сдвигаем ЦТ назад устойчивость модели уменьшается.

В соответствии с этими графиками, в нашей тестовой модели центр давления находится в точке расположенной в 232 мм от передней кромки крыла. ЦТ находится в 16мм впереди ЦД, что создает величину запаса устойчивости 8% САХ. Оптимальным для стреловидных ЛК, считается запас устойчивости от 1 до 5 процентов средней аэродинамической хорды.

Результаты расчета в WinLaengs4 незначительно отличаются (различие в расчете расположения ЦД, два миллиметра).

Часть 6. Управляющие поверхности.

В XFLR5 мы можем добавить нашей модели управляющие поверхности. Для модели обычной схемы анализ закрылков или флапернов может быть интересен для определения характеристик модели с измененной кривизной профиля, при отклонении флаперонов вниз или вверх.

В нашем случае мы рассмотрим необходимые отклонения элевонов в качестве РВ для балансировки, при настройке на различные полетные режимы и изменение характеристик ЛК с отклоненными элевонами.

Сначала необходимо добавить управляющие поверхности в профиль. Возвращаемся к началу и выбираем из меню Application -> Foil Direct Design.
Из контекстного меню выбираем Set Flap и выбираем: **T.**E. Flap, -1,5град., 75%.

Выполняем расчет семейства поляр для нового профиля, как мы делали это для основного профиля.

По окончании расчета мы увидим «мешанину» поляр. Их отображение можно убрать: View -> Polars -> Hide all polars.

Теперь включим отображение только двух поляр, для сравнения, выбрав нужный профиль и нужное число Re из списка вверху и поставив «чекер» Show Curve в панели справа внизу.
На графиках видна существенная разница по сравнению с профилем без отклонения управляющей поверхности.

Основное изменение в графиках это балансировочный положительный момент Cm, который появляется при отклонении элевона вверх, на графике Cm от Alpha.
Но кроме полезного балансировочного изменения момента произошли и нежелательные изменения в характеристиках профиля. Уменьшился коэффициент подъемной силы Cl и увеличился коэффициент сопротивления Cd, в результате уменьшилось соотношение Cl/Cd.

Посмотрим как это отразится на поведении модели, переходим в Application -> Wing Design.
Создадим копию нашей модели: Wing/Plane -> Current Wing/Plane -> Duplicate.
Назовем ее: **wing_1800****MH64_**up, и внесем в нее изменения как на рисунке.

Создадим для новой модели поляру для анализа: Polars -> Define Polar Analisis, с такими же параметрами как и для основной модели.
Запустим расчет поляры кнопкой – Analize.

На полученных графиках GCm от Alpha, видим, что модель теперь настроена стабильный полет при скорости 11 м/сек, приблизительно с углом атаки 6 град.

Но изменения затронули не только балансировку. На графике качества видно, что максимальное качество уменьшилось. Минимальная скорость снижения Vz почти не изменилась. Увеличилось сопротивление модели Drag на малых углах атаки.

Можно сделать вывод, что использовать отклонение элевонов для настройки ЛК на основную «рабочую» скорость нежелательно, такая настройка должна быть сделана при проектировании выбором профиля с положительным моментом и выбором необходимой крутки.

Для примера график с использованием профиля PW75. Без отклонения элевонов модель сбалансирована на скорость 12м/сек.

Часть 7. Винглеты.
Проведем с помощью XFLR5 анализ использования винглетов на стреловидном ЛК, чтобы определить какой вклад они вносят в сопротивление модели.
Размеры винглетов выбираем минимальными для получения максимального качества модели.

После добавления винглетов в Wing/Plane -> Current Wing/Plane -> Edit Fin ->Double Fin, произведем расчет поляры измененной модели.
На графике качества Cl/Cd от Vx видно небольшое увеличение качества на больших углах атаки и уменьшение качества на малых углах атаки.
Действие винглет, аналогично небольшому увеличению размаха и площади крыла. Догрузка небольшим количеством баланса, в нашем случае 70 грамм, и модель летит так же как и без винглет.

Догрузка небольшим количеством баланса, в нашем случае 70 грамм

Догрузка конечно балластом.