Search in topic

Какую форму крыла выбрать для гибридного аппарата?

Сем привет!
Разрабатываю модель аппарата типа летающее крыло, с аэростатической разгрузкой. Т.е. внутренний объём крыла заполняется гелием. Ближайшая цель – модель должна иметь возможность держаться в воздухе до тех пор, пока в небе светит солнце. Предполагается использование плёночной солнечной батареи для питания двигателей во время барражирующего полёта.
Ориентировочные параметры модели:

• Габаритные размеры не более 2,5 м (гаражное хранение);
• Масса аппарата, не заполненного гелием не более 1000 гр.;
• Объём, заполненный гелием около 0,5 куб.м (т.е. аэростатическая разгрузка, грубо на 50% от веса аппарата);
• Площадь солнечной батареи 1-2 кв.м;
• Энергопотребление в барражирующем полёте 70-140 Вт;
• КПД солнечной батареи не менее 7%;
• Энергопотребление при максимальной мощности двигателей около 300 Вт;
• Количество двигателей 3 шт. (или 4 шт.), все тянущие вперед;
• Модель должна сохранять управляемость при ветре до 5 м/с;
• Материал оболочки крыла - плёнка миларовая, фольгированная;
• Технология изготовления оболочки - раскраиваются детали и свариваются вручную;
• Оболочка состоит из нескольких отсеков, каждый отсек имеет собственный клапан для надува (собираюсь заказать изготовление оболочки какой-нибудь компании, которая делает надувные игрушки из плёнки; клапан такой же, как на детских игрушках);
• Силовая рама из углепластиковых трубок;
• Управление тангажом и по направлению – за счёт двигателей (при малых скоростях требуются большие площади рулевых поверхностей, поэтому от аэродинамического управления отказываюсь). Управление по курсу осуществляется на разнотяге, два двигателя размещены по бокам, причем ниже аэродинамического фокуса. При одновременной работе этих двигателей уходим на кабрирование. Третий двигатель установлен «на крыле», т.е. выше аэродинамического фокуса, и когда включен только он, уходим на пикирование. Управление по тангажу – за счёт перераспределения тяги между парой и третьим. Активное управления по крену не предусмотрено, низкое размещение центра тяжести, за счет выноса аккумуляторов на стойках, обеспечивает пассивную устойчивость.

Так вот, для этого концепта я рассматриваю три формы крыла. Первая форма – «связка бананов», пример:

Вторая форма – «дельтаобразная», пример:

Третья форма – «пирожок», пример:

Наконец, вопрос:
Какая форма на ваш взгляд, для моего случая, является более предпочтительной и почему? Меня интересуют любые мнения: и интуитивные, и предложения по методологии – как решить эту задачку…

Заранее спасибо!

PS
Прошлым летом я соорудил физическую модель вертостата. Эксперименты по вертикальному взлёту оказались не очень успешные. Но возникло ощущение, что правильно построенный малый гибридный дирижабль может оказаться очень интересной машинкой. Полёты вертостатной модели я выложил тут:
rcopen.com/forum/f6/topic269572

Масса аппарата, не заполненного гелием не более 1000 гр.

Площадь солнечной батареи 1-2 кв.м

А сколько весит 1 кв.м солнечной батареи?

• Энергопотребление в барражирующем полёте 70-140 Вт;
• КПД солнечной батареи не менее 7%;

С учетом наклона солнца будет 50-100Вт Этого для борьбы с ветром(5м/с) точно будет мало. Это можно посчитать по Сх.
Размер маловат. Увеличив аппарат в 2 раза. Будет больше площади батарей в 4 раза. Меньше проблем с весом. Меньше нужно мощности для борьбы с ветром.
Может в форме подковы. Будет меньше угля и веса.
А вообще дело интересное.

Про солнце ничего не скажу, не знаю. Первый и третий варианты вряд ли смогут создать подъемную силу, а второй вряд ли мощи хватит разогнать до скорости чтоб возникла подъемная сила.

а если ето дело чуток гелием подзаправить!! так чтоб с земли не улетал но был легким!!!

А сколько весит 1 кв.м солнечной батареи?

Вопрос важный, но совсем не про аэродинамику.
😦
Я вынес его в отдельную ветку:
rcopen.com/forum/f87/topic269866

С учетом наклона солнца будет 50-100Вт Этого для борьбы с ветром(5м/с) точно будет мало.

Полностью с вами согласен. Я имел в виду, что на аккумуляторной тяге, модель должна сохранять управляемость при ветре до 5 м/с. В барражирующем полёте на солнечной энергии, если она хотя бы будет просто держаться в воздухе без ветра, это уже будет достижение.
😃

Увеличив аппарат в 2 раза. Будет больше площади батарей в 4 раза. Меньше проблем с весом. Меньше нужно мощности для борьбы с ветром.
Может в форме подковы. Будет меньше угля и веса.
А вообще дело интересное.

Да уж… Аэростатическая составляющая подъёмной силы растёт пропорционально кубу размера…
😉
Но затраты тоже растут, и хранить 4-х метровое чудище где-то надо.
Надеюсь, это будет на следующем этапе…

Первый и третий варианты вряд ли смогут создать подъемную силу, …

Руководители корпораци Northrop Grumman, которые сделали ставку на вариант 1, наверное, бы расстроились, узнав, что мы их аэродинамику забраковали.
😃

… а второй вряд ли мощи хватит разогнать до скорости чтоб возникла подъемная сила.

Я такое страшилище поднимал в воздух прошлым летом, именно за счет разгона:
rcopen.com/forum/f6/topic269572
после этого мне стало казаться, что всё, чуть-чуть надутое гелием, полетит. Вопрос только как…

а если ето дело чуток гелием подзаправить!! так чтоб с земли не улетал но был легким!!!

Это в нашем деле самое главное!
😃

Автор, почитай эту тему rcopen.com/forum/f37/topic183673 там реально действующий проект описан, правда самолета. Мне кажется проект на данном этапе на одних солнечных батареях не получится. Обязательно нужна литийполимерная батарея, как основной источник тока, солнечная батарея может только подпитывать основную. На самолетах для полетов по камере сейчас ставят моторы до 500Вт и это не зря. Вы тут взлетели в штиль, на высоте 500 м и расстоянии пару километров может быть сильный ветер. В Вашем случае аэростат это огромный парус, которому, чтобы вернуть модель в точку взлета нужно не 30 и 50 Вт. И еще почитайте, про гибкие пленочные солнечные элементы, они пока сильно проигрывают обычным кремниевым батареям и цена там запредельная. Из форы на мой взгляд наиболее подходящая форма летающей тарелки. То есть если взять шар и приплуснуть его сверху и снизу. Вы планируете использовать 0.5 м3 гелия, это Вам даст грамм 500 подъемной силы, а скорее всего и еще меньше, так как конструкция будет не легкой и гелий в баллонах не совсем чистый. Из темы выше площадь пластин 0.9м2 весит около 400гр. На экваторе солнечная энергия дает около 1кВт на м2. В наших краях, еще меньше. Учитывая КПД батареи - пусть даже 15% теоретически можно снять с солнечной батареи 1м2 - не более 100Вт и это при четкой ориентации на солнце. На летающей модели все сложнее. Так, что советую прежде чем приступить к постройке, подойти более детально к инженерным расчетам, тогда можно будет избежать многих ошибок.

… Обязательно нужна литийполимерная батарея, как основной источник тока, солнечная батарея может только подпитывать основную. На самолетах для полетов по камере сейчас ставят моторы до 500Вт и это не зря. …

Полностью с вами согласен. В моей терминологии «барражирующий полёт» - это когда на солнечных батареях. А ещё остается просто полёт – это на аккумуляторах.

… Из темы выше площадь пластин 0.9м2 весит около 400гр. На экваторе солнечная энергия дает около 1кВт на м2. В наших краях, еще меньше. …

Подождите! Поиск фотоэлектрических преобразователей только начался. У нас, пока, масса солнечной батареи площадью 0,729 кв.м получилась 210 г, без проводов и контроллера:
rcopen.com/forum/f87/topic269866

… Из форы на мой взгляд наиболее подходящая форма летающей тарелки. То есть если взять шар и приплуснуть его сверху и снизу…

Мне, как Diskolet’у, это приятно слышать,
😉
но лобовое сопротивление у такой конструкции огромное, по сравнению с блимпом такого же объёма. По-моему, компания Цеппелин делала правильные дирижабли: лобовое сопротивление большого объёма нужно уменьшать, за счёт вытянутых форм.

… Так, что советую прежде чем приступить к постройке, подойти более детально к инженерным расчетам, тогда можно будет избежать многих ошибок.

Конечно. Всё посчитаем. Десять раз взвесим. И только потом собирать.

Думаю что “пирожок”. Чем форма ближе к шару тем лучше соотношение объем к поверхности оболочке (массе).
Главное что бы ветра не было 😃

…
Главное что бы ветра не было 😃

Это для классических дирижаблей ветер это кошмар. Это потому, что объём гелия должен поднять ВСЮ двигательную установку и др. Хотим увеличить энерговооруженность – нужно увеличивать объём оболочки, что приводит к парусности: получается замкнутый круг.

Я надеюсь, что гибридный дирижабль будет решать проблему борьбы с ветром за счёт: аэродинамики и энерговооруженности. Увеличивать энерговооруженность можно существенно, не увеличивая при этом объём гелия.

Вот такие формы встречаются…
Можно рассматривать как Вариант 4.

Пока форма получилась ужасная, но в воздухе держится:

Но это первый шаг, будут модернизации!
😃

Прикольно, даже вертикально летит, а какой вес? А не пробовали гелием накачать или какой нить смесью, ну что бы висел получше.

Даешь силовую бочку ))
А вообще… сильно!

Прикольно.
Для передатчика есть ремешки на шею, чтоб после броска к стулу не бежать 😉

Прикольно, даже вертикально летит, а какой вес? А не пробовали гелием накачать или какой нить смесью, ну что бы висел получше.

Баллоны надуты гелием. Вес аппарата … уже и не знаю точно. Отдельные компоненты взвешивал, но нужно все записи собрать и пересчитать. Думаю около 1 кг, не считая аэростатическую разгрузку. Аэростатическая разгрузка дает 530 г при 20 град С.

Даешь силовую бочку ))
А вообще… сильно!

Какая бочка? У меня вообще по крену управления нет!
😃

Прикольно.
Для передатчика есть ремешки на шею, чтоб после броска к стулу не бежать 😉

Ага… Ремешок на шее превращается в удавку, а ты при этом ломаешь антенну на аппаратуре…
😃
😉

Продолжаются испытания аппарата SkyBolt-3. Видео.

А где тут крыло гибридного аппарата?

А там что 2 стика газа? не проще в один канал?

А где тут крыло гибридного аппарата?

Вот, не получил я тут дельных советов и вышло чёрте что…
😭

А если серьёзно… На начальном этапе вообще непонятно было: получится – не получится, полетит – не полетит. Из экономии времени и денег выбрал готовые покупные ёмкости для баллонов. Сейчас, когда уже начало что-то вырисовываться, можно более серьёзно формой заняться:

1. Второе яйцо (считая от носа) можно объединить с хвостовым блимпом в один баллон. Я уже сейчас готов дать выкройки и оплатить работу. Может кто займётся? Т.е. нужно из рулонной майларовой плёнки выкроить баллон, сварить и вварить клапан.
2. Первое яйцо и новый баллон (см. п.1) можно поместить в единый чехол из нейлона. Чехол обеспечит защиту гелиевых баллонов, к тому же можно будет сделать более технологичным крепление - к нейлону пришиваются петли для крепления к раме.

Если эти доработки выполнить, то у центрального «тела» получится вполне обтекаемая форма. Причем донышко будет плоское - растянуто рамой, в результате получится сечение уже близкое к крылу.
😃

А там что 2 стика газа? не проще в один канал?

Я не совсем понял термин «стик». У меня в аппарате сейчас 5 баллонов, заполненных гелием. Это не от хорошей жизни. Просто ещё не научился сам баллоны изготавливать и не знаю где их изготовление заказать. Но такая схема позволяет дорабатывать аппарат как лего-конструктор. Например, щель между первым и вторым «яйцами» позволяет разместить там часть силовой конструкции. Можно изменять конструкцию крепления двигателей, а баллоны-яйца останутся на месте.