Аэродинамика летающих крыльев
Путевую устойчивость посчитать по формуле для нормальной схемы? 😃 От чего зависит распределение я в курсе. Вопрос был о оптимальной форме распределения для наилучшего компромиса между качеством и устойчивостью.
Методика в общем проста. Распределение зависит напрямую от величины запаса продольной устойчивости. Нормальный диапазон 5-10%. Поэтому нужно выбрать распределение-крутку для получения желаемого запаса устойчивости для нужной скорости. Если требуется уменьшить до минимума вертикальные поверхности, то придется увеличивать запас продольной устойчивости больше 10%, и соответственно ухудшать аэродинамическое качество. А путевую устойчивость действительно нужно подбирать экспериментально, постепенно уменьшая площадь вертикальных стабилизирующих поверхностей.
Исходя из условия, что наивыгоднейшее распределение элиптическое, за вычетом отрицательной подъемной силы стабилизирующих элементов. Так и расчитывайте. Нужная скорость, на практике достигается балансами центровки и деградации. Для ЛК те же принципы, но диапазаны настроек сужаются из за отличия в моментных показателях. Площадь киля (ей) зависит от требований пилотирования или автостабилизации по желанию автора. В принципе, крутка влияет только на распределение и на реакцию конструкции на нагрузки. Запас устойчивости, опять же проектный показатель можно вносить при разработке и обеспечить соотношениями функциональных поверхностей ЛА.
В принципе, крутка влияет только на распределение
Дядя Йося, ну здесь вы погорячились…
“Дядя Йося, ну здесь вы погорячились…” теоретически ДА. Но на практике при модельных Ре бывают эффекты в виде уменьшения скорости снижения. Лет 5-7 назад, студент делал курсовую по ЛК. Взяли ряд прямоугольных (удлинение порядка 1,5) одинаковых секций с профилем Ф.Колба и при помощи оригинальной системы соединений создавали различной стреловидности (условно, точнее ступенчатости) крылья с разными крутками. Запускали в штиль с 50 м. леера. Так нашли оптимальные параметры для угла “стреловидности” и влияния круток и стабилизирующих моментов. АК, естественно было максимальным при наличии крутки, а вот минимальная скорость снижения, получилась почти при ровном крыле. Парень после защиты попал на фирму беспилотников. На память ориентировочные параметры планера ЛК были. Хорда 180…200мм. Размах 2,2…2,4м.
Как балансировать без крутки?
У нас уже лето поэтому доделал до готовности к полетам. Попытался сделать настолько оптимально насколько это понимаю на данный момент. Два метра размаха. Сужение 0.5. Стреловидность 22 по четвертьхордам. Крутка 4 - под скорость 15мсек. Корневая хорда 320мм. Концевая хорда 160мм. В фюзе свободно помещается два аккумулятора 5000 3S. Кили будут уменьшаться до оптимального размера. В данном случае это действительно кили т.к. по определению они должны быть расположены вблизи плоскости симметрии.😃
“Ушки” с элементами управления, создающие кобрирующий момент. Надо поспрашивать, если на кафедре остались снимки сбросить. Очень интересный проект был. Парень пользовался какими-то данными от немецких любителей ЛК. Сама система управления была оригинальная. В центре планера небольшое тело для размещения питания, приемника и трансляторов. Ушки содержали приемники и сервромеханизмы с компактным питанием для управления ушками по безпроводной связи от центрального приемника. Каждая консоль состояла из 4-х одинаковых секций + ушко. Довольно жидкая конструкция, тем не менее сделала больше 60 полетов с трансформациями. Каждая трансформация сопровождалась запуском с рук, потом затяжке. Для затяжки, под центральным телом размещалась планка с отверстиями для переустановки буксировочного крючка. В дальнейшем, он собирался сделать интегральную модель с электроприводом, не знаю. Уехал в другой конец страны.
Миниатюры Красивая модель!
А, я помню, был такой проект. Динамическая балансировка, что то такое. Лет 10 назад читал. Там ещё кроме ворочающихся ущей ещё ЦТ ползал, специальный грузик был.
“Ушки” с элементами управления, создающие кобрирующий момент.
А в чем глубокий смысл был? Просто стабилизация которых сейчас в любом лабазе на любой выбор или с целью уменьшения балансировочных потерь? Когда получается выигрыш такой же как можно получить увеличив размах на пару процентов.
“я помню, был такой проект” Балансировка естественно менялась, но не активно и без спецустройств. простым перемещением батарей в центре при настройке “с руки”. Главная заморочка была внедрение современных высокоэффективных профилей в сферу ЛК. Все полеты снимались, замерялись, протоколировались. Т.к. при изменении стреловидности размах и площадь не менялись, то, на мой взгляд, ценность экспериментов была в выявлении сочитания геометрических параметров соответствующих наибольшему АК и наименьшей скорости снижения. Данные были получены и парень (зовут Нир) собирался делать классическое ЛК с высокоэффективным профилем.
Никакие глубокие смыслы не преследовались, кроме выше озвученных. Ушки выполняли функции активного управления полетом в режиме элевонов.
Это не инженерный подход. Во первых лучшие профили по сравнению с обычными дают мизерное преимущество. Всё дело не в профилях а в общей схеме. Во вторых ушки работают много хуже чем обычные элевоны размещенные там где нужно.
Поэтому то и существует все многообразие техники и природы, чтобы неинженерные подходы давали дополнительные знания и двигали инженерию. Что вы называете обычным профилем, профилей тысячи. Для скоростей 8…20м/с всего 2-3 модельных профиля показывают АК окололо 50. Для больших чисел Ре их конечно больше. Дифференцируя конструкцию на крыло и ушки можно с высокой точностью определять все параметры крыла и все параметры дополнительных компонентов. Интегральная схема хороша совершенством конструкции, когда знаеш как избежать потерь и наверняка не совершаеш ошибок.
Да хотел не о профилях сказать а о постановке эксперимента. Т.к. разница между профилями утонет в погрешностях эксперимента.
Если нужно выбрать оптимальную стреловидность. Сначала берем калькулятор чтобы понять на что влияет угол стреловидности. cos от угла это будет грубо снижение эффективности крыла. sin увеличение устойчивости и уменьшение балансировочных потерь. Калькулятор говорит нам что sin растет равномерно до 30-40 градусов. cos начинает падать после 25 градусов.
Если мы не доверяем калькулятору ишем в интернете данные по ЛК с лучшим А.качеством. Ме-163 угол стреловидности 23.3 по 1/4, 26 по передней кромке. Нортроп В-35 27 по передней кромке. Открываем книжку Капковского. Там есть статистика по моделям ЛК которая показывает значения в диапазоне 20-24. Вполне логично выбрать именно такую стреловидность т.е. 22-23. И отталкиваясь от этих цифр построить несколько моделей для экспериментов. Еще вариант сделать так как Нортроп который для натурных испытаний встроил в пилотируемый самолет возможность перенастраивать стреловидность на земле. Поможет простейшая конструкция из двух консолей соединенных шарнирно.
Неинженерный подход заключается в учете моментных характеристик профиля, они у всех профилей (кроме симметричных) разные. калькуляторы об этом знают, но молчат (в достоверности подобной методики проектирования сильно сомневаюсь, опыты были). Постоянная хорда по всему размаху и идеальное выдерживание геометрии ламинарного качественного профиля при известных АД параметрах всех конструкционных элементов (Сх/Су), включая фюзеляж, ушки и элементы соединений, позволяют наиболее точно оценить любые геометрические изменения (для данного профиля) и в дальнейшем использовать при применении данного профиля. Собственно, неинженерный подход кафедры АГД позволил парню выиграть вокансию на очень пристижном предприятии, которое создает лучшие беспилотники. Главный конструктор этой фирмы (земля пухом) тоже не признавал калькуляторов, тем не менее был многократным чемпионом СССР.
Взяли ряд прямоугольных (удлинение порядка 1,5) одинаковых секций с профилем Ф.Колба и при помощи оригинальной системы соединений создавали различной стреловидности (условно, точнее ступенчатости) крылья с разными крутками.
Вот эти ступеньки вызывают сильные сомнения. 😃
В чем сложность порезать нормальные крылья из пенопласта. Это занимает 10 минут.
Когда есть возможность установить все характеристики элемента, то и характеристики любых композиций из этих элементов становятся простой задачей с точным решением. Крылья и модели делаем разные, в том числе сендвичные F-3B/J, самолеты М1:2,8 и меньше для фристайла и др. В данном случае работа была не для спортивных целей а чисто экспериментальная.
Конечно без практики теория мертва. Настраивал тут Игл гардиан 2D3D и пришла в голову мысль как обойтись для стабилизации по курсу одной парой элевонов. Достаточно правильно выставить PID в канале крена и можно обойтись без вертикальных стабилизирующих поверхностей. Как проэкспериментирую отпишусь.😃
Достаточно правильно выставить PID в канале крена и можно
Сейчас Вы имеете крыло, которое мечется по курсу - насколько я понимаю. Хотите из него сделать крыло, которое будет метаться по крену, держа при этом курс - опять же, насколько я понимаю. Второе будет значительно лучше первого, да?
Да где то так. 😃 Для беспилотника такая система конечно слабо подходит, но поэкспериментировать можно.
Проблема еще в том, что при дестабилизации по крену мы получаем задержку реакции на скольжение при изменении курса - рыскании. Т.к. крен и рыскание это разные оси и связаны они с задержкой по времени. Это в общем то и есть причина неустойчивости “голландский шаг”.
Но можно попытаться “обмануть судьбу” и обойтись одной парой элевонов без дополнительных внешних микшеров. Если изначально использовать канал курса Игл гардиана 2D3D, и его встроенный микшер V-tail. В результате при изменении курса и скольжении элевоны будут доворачивать в сторону от поворота по курсу. Тем болеле, что в Игл гардиане есть встроенная функция скоординированного разворота " step on the ball". И кроме того, природная устойчивость ЛК по крену сохраниться.
Вот интересный проект.
Там на второй странице выложен файлик с моделью для программы Nurflugel.