Пятого шага псто...
Dec. 7th, 2015 09:00 am![[identity profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/openid.png){kind=small}
lazy-flyer.livejournal.com posting in ![[community profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/community.png){kind=small}
engineering_ruОригинал взят у ![[livejournal.com profile]](https://www.dreamwidth.org/img/external/lj-userinfo.gif)
lazy_flyer в Пятого шага псто...
lazy_flyer в Пятого шага псто...Поговорили о компоновке. Аэродинамическую компоновку тоже потрогали. Но хотелось бы обратить внимание на весьма неочевидные моменты, связанные с предыдущими шагами. Которые обязательно вылезут, если не на этапе проектирования ( с помощью CAD/CAM, привет рисовальщикам ), так на этапе эксплуатации точно.
А именно - нагрузка на мощность и рабочие Су.
НАГРУЗКА НА МОЩНОСТЬ УДЕЛЬНАЯ: часть веса самолета, приходящаяся на 1 л. с. номинальной мощности.
Ясно, просто и понятно. Вес (полный) делим на мощность (номинальную) получаем результат. Как и в любом транспортном средстве мощность, нагрузка на мощность - это скорость, разгонные характеристики ( взлёт, набор высоты ) и конечно грузоподъёмность.
Как связаны между собой нагрузка на крыло, о которой я уже писал и нагрузка на мощность? При постоянной, принятой в ТЗ или расчётах горизонтальной скорости, рост удельной нагрузки ведёт к росту вертикальной скорости снижения. Которую необходимо компенсировать ростом подъёмной силы - Су, угол атаки, скорость - по выбору, уже обсуждали. Скорость - это мощность, очевидно же? Рост веса самолёта в два раза требует увеличения мощности в четыре раза, так умные формулы говорят. И вот здесь появляются первые неочевидные грабельки. Предположим, мы сбалансировали нашу конструкцию для горизонтального полёта. Достаточно мощности, приемлемая удельная нагрузка на крыло. Но как только наш самолётик начинает маневрировать, так сразу на него начинают действовать перегрузки.
Вираж с креном в 30 градусов - 1,16 единицы.
Вираж с креном в 60 градусов - 2 единицы.
И наш самолётик со взлётным весом в 10 кило начинает весить 20...
Растёт вес, растёт удельная нагрузка, растёт требуемая мощность. И если для горизонтального полёта нам было достаточно мощности 10, то при перегрузке в две единицы нам потребуется мощность в 40. Или же мы станем терять высоту. Где взять дополнительную мощность если всё посчитано на стык, без запаса? Так же следует помнить, что увеличение оборотов ДВС не всегда ведёт к росту мощности...
Да, можно увеличить угол атаки, но помните о срыве? И здесь вылазять вторые неочевидные грабельки, а именно диапазон допустимых Су.
Предположим, вы посчитали замечательное крыло. Идеально сбалансировалось с остальными параметрами, самолёт летит как мечта. Но вы не заметили, что так замечательные параметры достигаются при Су=0,85 к примеру. А большинство профилей эффективно работают до Су=0,9, иногда Су=1,0. То есть у вас нет никакого запаса по Су и малейшее увеличение угла атаки ведёт к срыву, с предсказуемыми последствиями. Вывод? Стремитесь к минимальной удельной нагрузке и минимальной нагрузке на мощность, очевидно же. Иначе даже простейшие манёвры могут привести к катастрофическому прилёту в планету. То есть стройте лёгкое, оно лучше летает.
А кроме маневрирования есть ещё атмосфера, которая тоже умеет убить самолётик. Атмосфера далеко не стоячее болотце с тихой и спокойной водичкой. Атмосферу нужно рассматривать как дикий бурлящий океан.
Правда красиво?
А ещё и смертельно опасно для маленьких самолётов. В атмосфере существует ветер, всякие турбуленции, восходящие и конечно же нисходящие потоки. Вот такая красивая кучёвка под собой скрывает "трубы", могущие утянуть самолётик вверх. А вниз сбросить обломки. И да, если под облаком поток идёт вверх, то есть место, где он идёт вниз, логично? Что пишут в умных книжках для конструкторов взрослых, больших самолётиков?
Зона нисходящего ветра обычно менее 2 км в диаметре и располагается от нижнего края облака (300 – 1000 м) до земли. Вдоль поверхности земли сильный сдвиг ветра распространяется в зоне около 4 км в диаметре.
- нисходящий поток может быть со скоростью до 30 м/с.
- горизонтальный приземный ветер может быть до 22 м/с. Поскольку воздух растекается в противоположных направлениях, то при пересечении данной зоны сдвиг ветра может достигать 45 м/с.
- продолжительность существования зоны нисходящего ветра – до 15 минут.
Приведенные цифры являются максимальными значениями, и они показывают, почему большой и мощный самолёт, попав в такую зону, может оказаться беспомощным.
На минуточку, речь идёт о многотонных аппаратах, летающих со скоростями в сотни километров в час. А подавляющее большинство лёгких беспилотников имеет крейсерскую скорость порядка 20-30 м\с. То есть сравнимую со скоростью потоков. А больше всего потоков именно под такими красивыми, белоснежными облаками. Не нужно максимальных значений, достаточно половины, что уже гарантирует проблемы.
Когда самолёт входит в восходящий поток, угол атаки крыла увеличивается. Чем меньше разница между скоростью аппарата и скорость потока, тем больше будет увеличение угла атаки. Если мы летим с углом 2 градуса, то рост на 6 градусов, к примеру до 8 ещё не смертелен. Если мы летим с углом 6 градусов, то рост на 6 градусов скорее всего приведёт к сваливанию с предсказуемыми последствиями.
Ещё один момент, связанный с ростом угла атаки - это рост подъёмной силы. Баланс веса и подъёмной силы - вы помните? А здесь он очень быстро нарушается, возникает опасная перегрузка, которая вполне может превысить допустимую для аппарата. Далее что? Разрушение, говоря грубо - сложил крылья. Но кроме восходящих потоков существуют и нисходящие, логично же?
Что происходит при пересечении вот такого нисходящего потока?
На краю самолётик сначала попадает в зону встречного ветра, приборная скорость растёт, угол атаки растёт, но угол тангажа не изменяется.. Ваш автопилот умеет отрабатывать такие ситуации? Потом встречный ветер прекращается и самолёт попадает в сильный нисходящий поток. Приборная скорость уменьшается, угол атаки уменьшается. Далее попадаем в в зону попутного ветра, приборная скорость падает ещё больше, вполне возможна потеря подъёмной силы и управляемости, и как следствие прилёт в планету.
Для взрослых самолётиков попадание в турбулентность - расчётный случай, но кто занимается подобными расчётам для мелколётов-беспилотников?
Спросите, где здесь мощность? Да всё там-же. Вам понадобится запас мощности для преодоления встречного ветра. Вам понадобится запас мощности для преодоления нисходящего потока. И очень много мощности, что бы разогнать аппарат до нужной скорости в попутном потоке. Кстати, это одна из причин, почему я не верю рекламным буклетам производителей беспилотников. Достаточно взлететь в яркий солнечный день под облаками и красивый полёт превратиться в борьбу за жизнь, где мотор будет работать на максимальных мощностях. И все красивые расчёты разлетятся в пыль, как хрустальный бокал под ударом кувалды.
А именно - нагрузка на мощность и рабочие Су.
НАГРУЗКА НА МОЩНОСТЬ УДЕЛЬНАЯ: часть веса самолета, приходящаяся на 1 л. с. номинальной мощности.
Ясно, просто и понятно. Вес (полный) делим на мощность (номинальную) получаем результат. Как и в любом транспортном средстве мощность, нагрузка на мощность - это скорость, разгонные характеристики ( взлёт, набор высоты ) и конечно грузоподъёмность.
Как связаны между собой нагрузка на крыло, о которой я уже писал и нагрузка на мощность? При постоянной, принятой в ТЗ или расчётах горизонтальной скорости, рост удельной нагрузки ведёт к росту вертикальной скорости снижения. Которую необходимо компенсировать ростом подъёмной силы - Су, угол атаки, скорость - по выбору, уже обсуждали. Скорость - это мощность, очевидно же? Рост веса самолёта в два раза требует увеличения мощности в четыре раза, так умные формулы говорят. И вот здесь появляются первые неочевидные грабельки. Предположим, мы сбалансировали нашу конструкцию для горизонтального полёта. Достаточно мощности, приемлемая удельная нагрузка на крыло. Но как только наш самолётик начинает маневрировать, так сразу на него начинают действовать перегрузки.
Вираж с креном в 30 градусов - 1,16 единицы.
Вираж с креном в 60 градусов - 2 единицы.
И наш самолётик со взлётным весом в 10 кило начинает весить 20...
Растёт вес, растёт удельная нагрузка, растёт требуемая мощность. И если для горизонтального полёта нам было достаточно мощности 10, то при перегрузке в две единицы нам потребуется мощность в 40. Или же мы станем терять высоту. Где взять дополнительную мощность если всё посчитано на стык, без запаса? Так же следует помнить, что увеличение оборотов ДВС не всегда ведёт к росту мощности...
Да, можно увеличить угол атаки, но помните о срыве? И здесь вылазять вторые неочевидные грабельки, а именно диапазон допустимых Су.
Предположим, вы посчитали замечательное крыло. Идеально сбалансировалось с остальными параметрами, самолёт летит как мечта. Но вы не заметили, что так замечательные параметры достигаются при Су=0,85 к примеру. А большинство профилей эффективно работают до Су=0,9, иногда Су=1,0. То есть у вас нет никакого запаса по Су и малейшее увеличение угла атаки ведёт к срыву, с предсказуемыми последствиями. Вывод? Стремитесь к минимальной удельной нагрузке и минимальной нагрузке на мощность, очевидно же. Иначе даже простейшие манёвры могут привести к катастрофическому прилёту в планету. То есть стройте лёгкое, оно лучше летает.
А кроме маневрирования есть ещё атмосфера, которая тоже умеет убить самолётик. Атмосфера далеко не стоячее болотце с тихой и спокойной водичкой. Атмосферу нужно рассматривать как дикий бурлящий океан.
Правда красиво?
А ещё и смертельно опасно для маленьких самолётов. В атмосфере существует ветер, всякие турбуленции, восходящие и конечно же нисходящие потоки. Вот такая красивая кучёвка под собой скрывает "трубы", могущие утянуть самолётик вверх. А вниз сбросить обломки. И да, если под облаком поток идёт вверх, то есть место, где он идёт вниз, логично? Что пишут в умных книжках для конструкторов взрослых, больших самолётиков?
Зона нисходящего ветра обычно менее 2 км в диаметре и располагается от нижнего края облака (300 – 1000 м) до земли. Вдоль поверхности земли сильный сдвиг ветра распространяется в зоне около 4 км в диаметре.
- нисходящий поток может быть со скоростью до 30 м/с.
- горизонтальный приземный ветер может быть до 22 м/с. Поскольку воздух растекается в противоположных направлениях, то при пересечении данной зоны сдвиг ветра может достигать 45 м/с.
- продолжительность существования зоны нисходящего ветра – до 15 минут.
Приведенные цифры являются максимальными значениями, и они показывают, почему большой и мощный самолёт, попав в такую зону, может оказаться беспомощным.
На минуточку, речь идёт о многотонных аппаратах, летающих со скоростями в сотни километров в час. А подавляющее большинство лёгких беспилотников имеет крейсерскую скорость порядка 20-30 м\с. То есть сравнимую со скоростью потоков. А больше всего потоков именно под такими красивыми, белоснежными облаками. Не нужно максимальных значений, достаточно половины, что уже гарантирует проблемы.
Когда самолёт входит в восходящий поток, угол атаки крыла увеличивается. Чем меньше разница между скоростью аппарата и скорость потока, тем больше будет увеличение угла атаки. Если мы летим с углом 2 градуса, то рост на 6 градусов, к примеру до 8 ещё не смертелен. Если мы летим с углом 6 градусов, то рост на 6 градусов скорее всего приведёт к сваливанию с предсказуемыми последствиями.
Ещё один момент, связанный с ростом угла атаки - это рост подъёмной силы. Баланс веса и подъёмной силы - вы помните? А здесь он очень быстро нарушается, возникает опасная перегрузка, которая вполне может превысить допустимую для аппарата. Далее что? Разрушение, говоря грубо - сложил крылья. Но кроме восходящих потоков существуют и нисходящие, логично же?
Что происходит при пересечении вот такого нисходящего потока?
На краю самолётик сначала попадает в зону встречного ветра, приборная скорость растёт, угол атаки растёт, но угол тангажа не изменяется.. Ваш автопилот умеет отрабатывать такие ситуации? Потом встречный ветер прекращается и самолёт попадает в сильный нисходящий поток. Приборная скорость уменьшается, угол атаки уменьшается. Далее попадаем в в зону попутного ветра, приборная скорость падает ещё больше, вполне возможна потеря подъёмной силы и управляемости, и как следствие прилёт в планету.
Для взрослых самолётиков попадание в турбулентность - расчётный случай, но кто занимается подобными расчётам для мелколётов-беспилотников?
Спросите, где здесь мощность? Да всё там-же. Вам понадобится запас мощности для преодоления встречного ветра. Вам понадобится запас мощности для преодоления нисходящего потока. И очень много мощности, что бы разогнать аппарат до нужной скорости в попутном потоке. Кстати, это одна из причин, почему я не верю рекламным буклетам производителей беспилотников. Достаточно взлететь в яркий солнечный день под облаками и красивый полёт превратиться в борьбу за жизнь, где мотор будет работать на максимальных мощностях. И все красивые расчёты разлетятся в пыль, как хрустальный бокал под ударом кувалды.
![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
no subject
Date: 2015-12-08 07:28 am (UTC)Даже мелколеты на перегрузку меньше, чем 3,8 получается, не рассчитают. Именно по критерию болтанки.
Более точная инфа - FAR-23 (или АП-23, на русском), п. 23.333, если интересно.
no subject
Date: 2015-12-08 07:30 am (UTC)no subject
Date: 2015-12-08 07:32 am (UTC)Добавим сюда еще коэффициент безопасности 1,5, и получаем расчетную (разрушающую перегрузку) 5,7. То есть при массе БПЛА 10 кг его лонжероны надо расчитывать как на 57 кг. С большим запасом перекрывает любую перегрузку на установившемся вираже:
Ny виража = 1 / cos (крена)))
no subject
Date: 2015-12-08 07:38 am (UTC)no subject
Date: 2015-12-08 07:44 am (UTC)А собственно так и проектируются большие грузовые самолеты - они ограничиваются эксплуатационной перегрузкой 2.5 (3,7 расчетная). Поскольку с их массами-размерами-скоростями - плевали они на болтанку 2.5. Они или рейс перенесут или облетят зону. И крен им более 30 - ни к чему. То есть они зажаты по маневру и условиям эксплуатации будь здоров.
no subject
Date: 2015-12-08 07:51 am (UTC)no subject
Date: 2015-12-08 08:08 am (UTC)Например, многие российские армейские БПЛА ограничены ветром 10 м/с. Разумно, да зачем больше? Технически можно и больше, но это будет кирпич с мотором.
no subject
Date: 2015-12-08 08:34 am (UTC)no subject
Date: 2015-12-08 08:49 am (UTC)Если мы напишем - "запрещены полеты в условиях прогнозируемой болтанки 2,5 g", то такой аппарат будет иметь меньшие преимуществ перед тем, кто над этим просто не задумывается. В случае чего надеется отмазаться по понятиям. Типа, вон как болтало - сами виноваты.
Не красиво. Значит, надо писать в явном виде. Но тут заказчик встает на дыбы - а откуда мне знать, что болтанка была прогнозируема?! Звонок в метео аэропорта - это не юридично, а договор с метео - дорого, но к ответу никого не привлечешь. У них - прогноз, а не гарантия.
"Такая запись - это или подстава, или ваша закладка для ухода от ответственности." Вот и поговорили.
no subject
Date: 2015-12-08 08:57 am (UTC)Мелколёты намного лучше переносят болтанку, ввиду меньших размеров и веса. И при соблюдении некоторых разумных требований можно "с резьбой М42".
Ну а в целом пичалько. Пытаются натянуть
сову на глобусFAR\АП на мелколёты и получаются утюги.no subject
Date: 2015-12-08 09:05 am (UTC)И потом - где кончается мелколет и начинается БПЛА, если мелколеты бывают 149 кг, а БПЛА - 300 кг?! Любой опыт полезно изучать, тем более если думать, а не догмы применять.
А тут можно сказать - родственники.
Ответ - практический опыт и компромис.
no subject
Date: 2015-12-08 09:15 am (UTC)Здесь вылазят жуткие грабли.
Опыт - это сотни часов налёта.
Где, покажите мне, опытные образцы неких БЛА только для налёта?
Все бросаются сразу строить целевые платформы. А когда говоришь - чуваки, давайте залудим просто самолётик, жопочасы налётывать - слышишь в ответ: нам такое не надо, нам надо в реальных условиях тренироваться. А в реальных условиях у них стоимость часа получается выше, чем Ми-8 гонять. А денег нет и далее по списку...
Ну и да, нам не нужны простые БЛА. Нам надо из кевлария с карбонием, по современным технологиям, и шоб доки по ЕСКД и техпроцесс и всё-всё-всё...
no subject
Date: 2015-12-08 10:14 am (UTC)Рекорд Ми-8 по стоимости летного часа побить сложно. Только Газпром может себе позволить патруль вдоль трубы на Ми-8 выполнять.
Карбон, документация (+ еще 50% времени от изготовления), кое кто и военную приемку просил...
Мелколет дешевле арендовать. Сюда можно добавить, что мелколет можно просто арендовать вместе с летчиком и всеми документами, а команду БПЛА придется обучать и содержать на зарплате. Добавим сюда ресурс 100 взлетов/посадок (но обычно - не доживают).
Калькуляторов у них что ли нет?!
no subject
Date: 2015-12-08 10:19 am (UTC)