Аэродинамика летающих крыльев
Анализ устойчивости и управляемости в XFLR****5.
Кроме настройки модели по балансировке в целях устойчивого полета с высоким качеством, необходимо чтобы модель была динамически устойчивой и хорошо управляемой.
- Устойчивость это характеристика поведения модели в свободном полете.
- Управляемость это степень реакции модели на команды пилота.
В XFLR5 v6 добавлена опция для оценки этих характеристик модели.
Статическая и динамическая устойчивость.
Устойчивость ЛА.
- устойчивое состояние для ЛА может быть определено как: постоянная скорость, угол атаки, угол крена, угол тангажа, направление полета и высота;
- трудно представить все это в комплексе;
- случайные порывы ветра или управляющие воздействия пилота выводят ЛА из устойчивого состояния.
- цель анализа устойчивости и управляемости в том, чтобы оценить динамику во времени поведения ЛА после таких «возмущающих» воздействий.
Естественные динамические режимы ЛА. - После того как ЛА подвергся «возмущающему» воздействию, выводящему его из устойчивого полета, ЛА имеет тенденцию при возвращении в устойчивое состояние «отвечать» затухающими колебаниями в соответствии с его естественными динамическими режимами.
Естественные режимы на примере камертона.
Естественные режимы в аэродинамике.
Пример: фугоид.
- Если модель имеет излишне переднюю центровку она склонна при отклонении от горизонтального полета к движению по «синусоиде».
Восемь аэродинамических режимов.
Продольная устойчивость - Longitudinal
-
Фугоид (два симметричных режима); -
Короткопериодические режимы (два симметричных режима).
Боковая устойчивость - Lateral
-
Спиральный; -
Голландский шаг (два симметричных режима); -
Демпфирование по грену.
Три из этих режимов хорошо известны:
-
Голландский шаг, спиральная неустойчивость и длиннопериодический фугоид. -
Остальные режимы обычно хорошо демпфированы и малозаметны.
Фугоид – режим медленного движения ЛА по «синусоиде» с обменом энергии между кинетичекой (скорость) и потенциальной (высота).
Имеет малую частоту, слабо демпфирован, может быть стабильным или не стабильным.
Механика фугоида.
При движении по траектории модель повторяет в цикле следующие этапы:
Снижение -> Разгон -> Увеличение подъемной силы -> Подъем ->Торможение -> Уменьшение подъемной силы -> Снижение
В движении по траектории фугоида, кажущееся направление потока воздуха изменяет направление. С точки зрения ЛА это изменение – внешнее воздействие. ЛА реагирует на это воздействие изменяя свое движение вдоль траектории фугоида. Это происходит потому, наклон кривой Cm=f(α) достаточно большой (передняя центровка) и ЛА не имеет большой инерционности по тангажу.
Dive test
Как это связано с ранее сказанным?
При слишком передней центровке :
-ЛА входит в режим фугоида;
-ЛА имеет высокую устойчивость;
- ЛА в фугоиде следует с постоянным углом атаки - как колесница (тележка) сохраняет свое положение по отношению к склону.
При заднем положении ЦТ: - ЛА менее стабилен (по отношению к порывам ветра);
- угол атаки в фугоиде не постоянен;
- режим фугоид исчезает;
- не известно как ЛА поведет себя в тесте на пикирование.
Спиральная неустойчивость.
- Не колебательный, медленный, плохо демпфированный режим.
Вертикальный стабилизатор реагируя на изменение по крену или скольжение, отклоняет хвостовую балку вызывая постепенно увеличивающееся скольжение и крен, переходящее в спираль со снижением, заканчивающееся на земле.
Требует вмешательства пилота или системы стабилизации, для предотвращения развития. (ЛК не подвержены или подвержены в меньшей степени).
Голландский шаг.
Комбинация характерного колебательного движения по крену – рысканию, со смещением фазы на Пи/2, слабо демпфированная.
В течение полета, воздействие в виде порывов ветра или управления от пилота вызывают комплексный ответ по всем режимам.
- Короткопериодические режимы и крен хорошо демпфированы и исчезают сразу.
- Фугоид и голландский шаг хорошо заметны для глаз.
- Спиральная неустойчивость требует периодической корректировки от пилота.
Логично предположить, что продольная (longitudinal) и боковая (lateral) динамика не зависимы и их можно рассматривать по отдельности.
Переменные
Продольная - longitudinal устойчивость:
u = dx/dt –U0 изменение осевой скорости;
w = dz/dt вертикальная скорость;
q = dθ/dt скорость изменения угла тангажа;
θ (theta) угол тангажа.
Боковая – lateral устойчивость:
v = dy/dt изменение скорости полета;
p = dφ/dt изменение угла крена;
r = dψ/dt изменение угла рыскания;
ψ (phi) угол рыскания (направление).
Фактор демпфирования
ζ – (зета) безразмерный коэффициент.
ζ =1 критическое значение коэффициента демпфирования, при таком значении ЛА без раскачивания возвращается к стабильному состоянию.
ζ <1 слабое демпфирование,
ζ>1 ЛА возвращается к стабильному состоянию медленнее чем при ζ =1
При ζ <<1 частота динамического режима очень близка к натуральной частоте без демпфирования.
(на графике перепутаны цвета, в тексте правильно).
Локус Граф
Этот график есть визуальное представление частоты и демпфирования.
λ =σ1+iωN
ωN - натуральная круговая частота;
ωN/2π – натуральная частота;
σ1- константа демпфирования
Типичный Локус Граф.
Анализ в XFLR****5.
Для получения графиков «ответов» модели на возмущающие воздействия необходимо выполнить следующие шаги:
- Создать или загрузить геометрию модели и рассчитать поляры используемых профилей;
- Заполнить данные по инерционности:
Вес крыла, фюзеляжа и других элементов,
внести данные по дополнительным сосредоточенным весам: двигатель, аккумулятор, сервомеханизмы, балласт и т.д.
проконтролировать получившееся положение ЦТ и массу модели. - Создать новый анализ устойчивости (аналогично как создается анализ поляры модели);
- Произвести анализ для одного угла атаки;
- Если нет критических ошибок, получить результаты в виде:
- 3D представления и анимации,
- Локус графа,
- Графиков динамических режимов ответов модели на заданные возмущения.
Оригинал статьи: …sourceforge.net/…/XFLR5_and_Stability_analysis.pd…
а есть ли инфа о крыльях с обратной стреловидностью имеется в виду модели. будем благодарны…
Есть еще незакрытая тема по стреловидным - управляющие поверхности и механизация. И хотелось бы сделать обзор по известным моделям стреловидных ЛК.
И на этом закончить на время сезона:) Хочу “вырезать” себе ЛК 1800 размахом, шаблоны для резки уже заготовил. Профиль PW75.
Хочу “вырезать” себе ЛК 1800 размахом, шаблоны для резки уже заготовил. Профиль PW75.
Сергей если не секрет, с каким профилем на законцовке? PW51?
- с какой хордой по длине?
Вы будете использовать стандартную толщину для PW75 или будете модифицировать?
спасибо!
с каким профилем на законцовке?
Мне нравится вариант с равномерной круткой и одним профилем разной толщины. PW75 как компромисс по меньшей минимальной скорости и лучшей устойчивости, в общем с учетом фюза и винглетов ухудшение качества по сравнению например с MH64 не существенное.
Крыло под FPV.
А еще одно не вырежете если попросить? 😃
Себе режу из строительного пенопласта под обтяжку бумагой и стеклом. Кинул информацию в личку.
Кинул информацию в личку.
был-бы признателен если и мне кинете в личку 😃
Поздравляю с Днем Победы! 9 мая сегодня.
В дневнике можно будет посмотреть, по FPV ЛК, если интересно.
Поздравляю с Днем Победы! 9 мая сегодня.
В дневнике можно будет посмотреть, по FPV ЛК, если интересно.
Посмотрел на крылья, вам просто позарез необходим пенорез с управлением от ПК
И вас поздравляю с днем Победы!
Сергей, выкладываю оцифрованный чертеж вашего показанного ЛК в формате DXF с указанием размеров в масштабе 1:1, а так же рекомендованный Вами профиль PW75 в формате DAT(1000 точек для всех 3-х файлов) для желающих построить ЛК при помощи ЧПУ пенорезки.
Постарался максимально удержать тот масштаб, который показан в топологическом эскизе выше, с учетом всех данных таблицы эскиза.
Большое спасибо Вам за все!Реально, очень признателен!Люблю быстрые крылья:)Этот как видно будет летать за 100км/ч.
У меня ВМГ будет спереди путем удлинения гондолы.
Конструкция шайб и размерность остается за автором ЛК народ!
Я могу предложить свой вариант в оцифрованном состоянии при таком запросе.
Модель 1800мм ЛК для FXLR5 v6. К сожалению в старой версии файл не открывается.
в инете появляется всё больше моделей где винглет крепится не на крыле а за крылом. начинается с задней кромки. получается в этом случае винглет не препятствует перетеканию потока на крыле. а если добавим сюда срыв потока или завихрения с конца крыла то получается винглет стоит в мёртвой зоне. или здесь действуют другие силы…
Не путайте ВИНГЛЕДЫ (Шайбы ВИТКОМБА) с вертикальным оперением. Вингледы РАБОТАЮТ только будучи продолжением крыла, при этом должны иметь определенную геометрию, на вингледах нельзя устанавливать управляемые поверхности. Ваш пример описывает обычное вертикальное оперение, отодвинутое назад с целью увеличения эффективности.
Прочел все изложенное GreenGo, огромный труд, очень квалифицированно, много информации “между строк”, спасибо огромное.
Если разговор продолжите в технологической плоскости, с удовольствием присоединюсь. СПАСИБО.
очень квалифицированно, много информации “между строк”, спасибо огромное.
В общем то, я не автор всех статей. В основном, переводчик, хотя переводил конечно осмысленно, и иногда добавлял, что то от себя.
По продолжению, предлагаю теорию оставить здесь в “чистом” виде. Может кому то захочется, что то добавить, уточнить, задать вопрос.
Было бы интересно пообсуждать профили для ЛК. Кто какие использует и какие результаты. По конструкциям и технологиям ЛК можно создать еще одну тему. Мне пока еще особо нечем поделится в этом плане, сам бы почитал и поучился:)
Было бы интересно пообсуждать профили для ЛК.
Летающие крылья, настолько ТОНКАЯ штука, что обсуждения могут превратиться в безконечную полемику. В нашем клубе делают разнообразные крылья. По одним чертежам выполненные крылья. не всегда идентичны в полете (речь о парителях), анализ показал, что причин - большое число. Простые крыльья, для забавы, все летают сносно. Парители эффективнее с моторным взлетом. На леере требуют больших килей, хотя в полете кили не очень нужны. Настоящие вингледы тоже проблематичны на ЛК, причина - нелинейный и не пропорциональный рост сопротивления на концах крыльев при разворотах, связанный с непараллельностью “ушек”. При больших радиусах и развороту “по шарику” - вингледы не так критичны.
Летающие крылья, настолько ТОНКАЯ штука, что обсуждения могут превратиться в безконечную полемику.
Наверно Вы правы:) С Вашей точки зрения, это правильное направление, при выборе профиля для ЛК мотопланера (не парителя): максимальное качество на рабочем коэффициенте подъемной силы, близкий к нулю момент и минимальное сопротивление, за счет небольшой толщины профиля? Или, что то нужно добавить?
при выборе профиля для ЛК мотопланера (не парителя)
Мое мнение, также, субективное. Определившись с назначением ЛА (что он должен уметь), определяю параметры исходя из наличной полезной нагрузки. Зная приблизительную геометрию и удельную нагрузку, можно определиться с прочностью крыла. Для ЛК, особенно стреловидного, это важно, сохранение геометрии при эволюциях с возможными перегрузками. Отсюда и выявляется профиль, материалы, конструкция. Во втором приближении делаются более точные прикидки.(Описываю проектные мытарства, в соответствии с Вашим переводом). Есть еще способы проб и ошибок и слепого копирования. Небольшая толщина профиля не всегда оправдана. В конечном итоге качество ЛА определяется соотношением подъемной силы к сопротивлению (Су/Сх), компромис между этим критерием и прочностью дает максимальный результат.
Спасибо. Хорошо, что при уменьшении размеров и веса необходимая прочность уменьшается пропорционально и для 2м размаха, обеспечение прочности уже не сложная проблема (можно обойтись сосновым лонжероном), а для 1 метра достаточно одной потолочной плитки.
что народ скажет про форму такого крыла ,хозяин сказал что в сравнении с простым крылом имеет ряд преимуществ.
На фото есть еще оч интересное крыло - красное на заднем плане.Вот его бы посмотреть !!!
Если б вы не обратили на него внимания то я б тоже такое чудо упустил бы, афигеть какое ж оно огромное…!