Шестого шага псто...

[lazy-flyer.livejournal.com]

Оригинал взят у lazy_flyer в Шестого шага псто...

Поговорим ещё немного о неочевидных для рисовальщиков ( спецам от CAD\CAM - привет! ) грабельках? А давайте.
Экскизы, компоновки, расчёты и прочая теоретическая часть закончена. Прототип построен и начинён по последнему слову техники, с использованием новейших технологий и оборудования. Начались испытательные полёты.
Конечно, аппарат летит, ведь летает всё. Но летит как то непонятно, некрасиво летит. Болтается в небе аки цветок в проруби. Нет в полёте стабильности, уверенности, "не сидит" в воздухе. Говоря жаргонным языком самолётик "машет хвостом". А говоря языком правильным - наблюдаются незначительные колебания по курсу и тангажу, динамическая неустойчивость.
Мы вели расчёты для статической устойчивости и в этих расчётах всё выглядело красиво. Почему же сейчас получается не до конца хорошо? Потому что первые грабельки - динамическая неустойчивость, связанная с характеристиками профилей.
Обратимся к академическому определению устойчивости.

Устойчивость - свойство самолёта восстанавливать без вмешательства пилота кинематические параметры невозмущенного движения и возвращаться к исходному режиму полета после прекращения действия возмущений.

На самолётик подействовало возмущение, а он сам взял и ликвидировал последствия.
В крыле у нас стоит несимметричный профиль. У любого несимметричного профиля центр давления перемещается по хорде.

У каких то профилей больше, у каких то профилей меньше, но не стоит на месте. А вместе с центром давления перемещается и фокус всего самолётика. Условием стабильного полёта есть расположение центра тяжести перед фокусом, на некотором расстоянии, которое то расстояние определяет запас устойчивости, измеряемый в % САХ. Центр тяжести  в нормально скомпонованном самолёте не перемещается во время полёта. Как видно на картинке, с увеличением угла атаки запас устойчивости уменьшается - фокус двигается вперёд, ЦТ стоит на месте и наши первоначальные 12-10-8% запаса устойчивости могут превратиться в тыкву.
Проверили трижды, пересчитали - всего достаточно, должно быть хорошо. А самолётик по прежнему машет хвостиком. Что не так?!
Какая часть самолётика классической схемы отвечает за курс и тангаж? Правильно, оперение. Значит что то не так с оперением? Вероятно да.
Это не может быть площадь, это не может быть плечо - мы же считали, у нас всё получалось! Что, снова профиль? Да, снова профиль.
На оперении используют симметричные профили, так как оперение должно работать симметрично при положительных и отрицательных углах атаки. Смотрим на профили и поляры.

Симметричные, что ещё можно о них сказать. У одного непонятно зачем поджатие. А результат такого поджатия...

Внимательно разглядываем график красного цвета около нулевых значений Су. Какой то странный пипсик виден.
Смотрим на другую поляру, график красного цвета.

Вот где грабельки, вот где собака порылась. Почти полградуса изменения угла атаки не даёт заметного изменения подъёмной силы. И дальнейший рост этой подъёмной силы весьма нелинеен, в отличии от второго профиля. Вот и начинаются колебания, помахивания хвостиком.
И что теперь с этим делать? Куда смотрел наш CAD\CAM, ведь всё было красиво!
Только опыт, сын ошибок трудных. И ничего более.

P.S.
Я уже немного притомился, может кто подбросит интересный вопросик к обсуждению?

Comments

[sputov.livejournal.com]

Вот "рисовальщики" и насоветуют :-)

[vlkamov.livejournal.com]

Есть нюанс.
Здесь везде и всюду под устойчивостью понимается пассивная устойчивость, т.е. рассматривается движение куска пластмассы, максимум - с линейной силой тяги, создаваемой движителем.

Между тем сегвеи наглядно и популярно показывают, что активная устойчивость реальна и даже может быть полезна.

[biglebowsky.livejournal.com]

Ох, блин...

Re: "У любого несимметричного профиля центр давления перемещается по хорде."
Тезис о том, что у несимметричного профиля центр давления перемещается больше чем у симметричного, IMHO, нужно доказывать.

Re: "А вместе с центром давления перемещается и фокус всего самолётика. "
Любопытненько.
У нас есть точка, называемая центр давления. По определению, момент аэродинамических сил относительно этой точки равен нулю.
Однако,эта точка ездит взад-вперед по профилю в зависимости от угла атаки.
Для удобства расчета вводим другую точку - фокус. Момент относительно фокуса ненулевой, но зато он постоянен по улу атаки, а сам фокус неподвижен (выполняется для малых углов).
Давайте-ка Вы аккуратно введете определение "аэродинамического фокуса" и расскажете, почему он начал перемещаться при перемещении центра давления.

Re: "Условием стабильного полёта есть расположение центра тяжести перед фокусом"
Перед фокусом чего? "Основного крыла" или всего самолета в целом, с учетом хвостового оперения?
А то, знаете ли, я вполне могу нарисовать самолетик с несущим хвостовым оперением (на оперении в горизонтальном полете сила будет вверх , а не вниз), и при этом самолет будет вполне устойчив по высокочастотным колебаниям по тангажу.

Да, кстати, если рассматривать длиннопериодичесике колебания по тангажу (это когда самолет на колебаниях успевает существено поменять высоту, что приводит к изменению скорости), то, насколько я понимаю, без системы управления невозможно сделать устойчивый к таким колебаниям самолет.

Потому, в данной теме, я бы ограничился "устойчивостью по перегрузке" для "высокочастотных"* колебаний и не лез в какие-то философски-глобальные определения устойчивости.

[vkorehovisback.livejournal.com]

у меня к вам вопросик будет, начинающего, можно?
когда говорят "Нагрузка на крыло" площадь крыла считается только в "проекции" по направлянию Cy, пощадь без проекции? или вообще полная площадь крыла и снизу и сверху (без проекций) ? аналогично при лобовом сопротивлении,
т,.е. что значит S v этих формулах: и одна и та же S должна быть в двух случаях?

Y = (rho * v^2)/2 * S * Cy
Q = (rho * v^2)/2 * S * Cx

[biglebowsky.livejournal.com]

Пусть у нас есть некая замкнутая кривая - профиль крыла. Запихииваем в эту кривую хорду максимально возможной длины. Эту максимальную хорду в дальнейшем называют просто хордой крыла.

Площадью крыла в случае прямоугольного крыла называют "хорда * размах", для более хитрых форм очевидным образом учитывается изменение этой самой хорды по размаху.

Эта площадь подставляется во все формулы для крыла: как для Lift, так и для Drag.

Примечание.
1) По определению, Lift - компонента силы, препендикулярная набегающему потоку, Drag - компонента, параллельная набегающему потоку. То есть, как только появляется угол атаки, хорда крыла перестает быть параллельной вектору Drag, проецировать крыло на это направление нельзя - не получится длины хорды.

2) Когда Прандль писал об эффекте Магнуса, то для сравнения цилиндров с крыльями, Магнусу потредовадось ввести площадь "среза цилиндра по осевой линии". То есть, если диаметр цилиндра D, высота H, то в формулах для поперечной обдувки цилиндра стояла площадь D*H.

[vkorehovisback.livejournal.com]

о, большое спасибо!

[kyodza.livejournal.com]

Прандль, Магнус... Такое ощущение, что все разговаривают и пишут на английском лучше чем на русском, и все, кроме меня-дурака учились в оксфордах и мичиганах...

Не знаю кто такой Магнус, но это демонстрация к теореме Николая Егоровича Жуковского "О подъемной силе крыла". Аналогичный опыт раньше показывали на первых лекциях по аэродинамике в советских ВУЗах.

Русский сегмент Википедии пока знает про эту теорему и про Жуковского. Вообще то Жуковского в начале 20-го века называли "отцом русской аэродинамики". Кто он такой знает весь мир, кроме США. А у них даже лампочки изобрел Эдисон, а радио - Маркони.

http://coub.com/view/7aeqm

[kyodza.livejournal.com]

В итоге крыло считается в проекции на горизонт.
В аэродинамике используется несколько систем координат. И все из-за того, что элементы обтекаются потоком под одним углом, а сам самолет может лететь по какими то иными углами. Конечная же цель - преодолеть силу земного тяготения.

Простой пример для понимания - самолет летит "боком", "на ноже" (крен 90°). Что его будет удерживать в воздухе, хоть крыло подъемную силу и создает, но не туда?!

[lazy-flyer.livejournal.com]

При том, что общепринятая теория отрицает возможность такого полёта :))))

[vkorehovisback.livejournal.com]

тут же говорят не проецировать
") По определению, Lift - компонента силы, препендикулярная набегающему потоку, Drag - компонента, параллельная набегающему потоку. То есть, как только появляется угол атаки, хорда крыла перестает быть параллельной вектору Drag, проецировать крыло на это направление нельзя - не получится длины хорды."
угол аттаки изменяет Cy и Cx и там уже это учтено!

[biglebowsky.livejournal.com]

Подъемная сила фюзележа + компонента тяги двигателя.

В случае Ан-2, вообще, превосходно получается. Фюзеляж занимает все пространство между крыльями.

То есть, фюзеляж работает как крыло очень малого удлинения, крылья - как обалденно гигантские концевые шайбы. У летчика-испытателя Меницкого такой полет очень красочно описан.

[kyodza.livejournal.com]

Давно хотел отметить - специалисты по динамике полета (это те кто обрабатывают материалы летных испытаний) никогда не оперируют "центром давления". Для них есть фокус и моменты. Классическая отечественная теория динамики полета не содержит параметров "положение центра давления".

расскажете, почему он начал перемещаться при перемещении центра давления.Автор уже покаялся )))

могу нарисовать самолетик с несущим хвостовым оперением (на оперении в горизонтальном полете сила будет вверх , а не вниз), и при этом самолет будет вполне устойчив по высокочастотным колебаниям по тангажу. Без миллиона оговорок - не нарисуете. Для этого центр тяжести надо задвинуть за фокус, и получим статическую неустойчивость. Динамическую устойчивость организовать можно (электронную или сильно-сильно задемфировать), но руками таким аппаратом управлять будет сложно, не говоря про свободный полет.

длиннопериодичесике колебания по тангажухм... в библии колебания по тангажу - это как раз быстропериодические колебания (сюда же углы атаки-крена-скольжения, угловые скорости и перегрузки), а длиннопериодические - это как раз высота-скорость-курс.

я бы ограничился "устойчивостью по перегрузке" для "высокочастотных"* колебаний и не лез в какие-то философски-глобальные определения устойчивости В общем - да. Только сначала надо дать ответ на вопрос "что вызвало изменение динамики в быстром движении", и тогда какой ответ будет на вопрос "чем лечить"? Основной посыл статьи.

Кстати, продольная длинноперидическая устойчивость определяется "устойчивостью по скорости" - самолет сохраняет высоту и скорость с освобожденным управлением. Даже к современным необратимым системам управления самолетов это уже не подходит - нет прямой связи ручки управления и рулей. Про БПЛА и говорить нечего - там сервоприводы и канал радиоуправления отделяет пилота от рулей. То есть БПЛА устойчивым в длиннопериодическом движении сам по себе никогда не будет. Или только под САУ или случайно в одном сочетании параметров.

[lazy-flyer.livejournal.com]

Кстати, продольная длинноперидическая устойчивость определяется "устойчивостью по скорости" - самолет сохраняет высоту и скорость с освобожденным управлением.
IMHO фундаментальная ошибка в допущениях, я считаю абсолютно невозможным переносить на БЛА или РУ модели понятие "освобождённого управления". Это физически невозможно реализовать - серва будет держать управляющие поверхности либо в нейтрали, либо в каком то определённом положении, до момента получения управляющих сигналов на изменение положения.

[kyodza.livejournal.com]

Так и я о том же!
Модель в принципе не сможет держать высоту-скорость-курс, будучи она суперустойчивой как в статике так и в обеих динамиках - коротко- и длиннопериодическом движениях.

По опыту общения с летчиками-испытателями известно, что большинство самолетов не устойчивы по скорости. И обычно отмечали - не мешает летать.

Только САУ. А где САУ - там и тангаж-крен победить ей труда не составит. Точнее - сначала изменяет хар-ки самолета по всем осям, затем стабилизирует все три угла, а уж затем стабилизирует высоту-скорость-курс. А там и до полета по маршруту рукой подать.

[vkorehovisback.livejournal.com]

я думаю не составит труда поставить подпружиненную связь, для мягкой связки с рулями.
это так, мысли в слух..

[biglebowsky.livejournal.com]

Re: могу нарисовать самолетик с несущим хвостовым оперением (на оперении в горизонтальном полете сила будет вверх , а не вниз), и при этом самолет будет вполне устойчив по высокочастотным колебаниям по тангажу

_П_

Вид на самолет сверху. Самолет летит на север. Спереди - крыло. По краям крыла назад идут 2 фюзеляжные балки. ЦТ самолета посередине этих балок. На концах балок - хвостовое оперение площадью эдак раза в 2 больше, чем основное крыло. Вынесено наружу от основного крыла, чтобы не обсуждать в данной дискуссии скос потока от основного крыла.
Конечно, будет устойчиво летать: мало ли самолетов по схеме утка сделано :-)))
А что называть основным крылом, а что оперением - тут уж некий произвол в терминах. Проще в категориях переднее / заднее крыло

[kyodza.livejournal.com]

Или это уже схема тандем, если площадь крыла и ГО сравнима. Коллеги делали (ссылка на ютуб "Касатка" (https://www.youtube.com/watch?v=o1FA91usKAY))

Если заднее крыло больше в 2 раза, то "утка". Но в том то и дело, что утка статически не устойчива. Приемлемой "устойчивости" добиваются альтернативными методами. Берт Рутан для ПГО подбирал удлинение и угол установки так, чтобы при быстром увеличении угла атаки на ПГО происходил срыв на части размаха, и как следствие частичное падение подъемной силы, возврат к исходному режиму. Это технический выверт, чем собственно и знаменит Рутан.

Массового распространения эта схема для обычных самолетов (без САУ) не получила.

[sobakevich82.livejournal.com]

Небольшой оффтоп. А помимо ТЗ бизнес-план и прожект-план этого проекта существует? Или вы-ради собственного удовольствия?

[lazy-flyer.livejournal.com]

Что бы два раза не всатавать.
(http://content.foto.mail.ru/mail/lazy_66/501/s-517.JPG)
Все примеры взяты из реальной жизни. Из реализованных проектов.

[sobakevich82.livejournal.com]

Кружок моделистов-конструкторов? Так бы сразу и сказал. Симпатичный планер.

[kyodza.livejournal.com]

А сильно БПЛА от авиамодели на этапе пенопластового болвана отличается?!

[kyodza.livejournal.com]

Какова взлетная масса?

[biglebowsky.livejournal.com]

Re: "Нормас вас плющит ребята...Отсыпете? Или хоть телефончик дилера дайте. "
Re: "Всё. Попёрло по полной."

Хм...
Вы предполагаете, что знаете аэродинамику существенно лучше меня и можете общаться в подобном тоне.
Вполне допускаю, что это так.
Давайте устроим небольшой тест.

Вы от руки, не заглядывая справочники, и не пользуясь программой, рисуете 3 графика для типичного асимметричного профиля.
Су от alpha (alpha от -90 до 90 градусов)
и под ним
Сх от alpha
и под ним -
положение центра давления от alpha (для тех же углов).

Выкладываете графики.
Окажутся правильными - Вы немерянно круты, и я с почтением буду выслушивать Ваши высказывания.

[lazy-flyer.livejournal.com]

Су от alpha (alpha от -90 до 90 градусов)

Мне кажется, дальше вам лучше беседовать с пауками из розетки.
И пожалуйста не прислушиватесь к моему мнению. Не стоит, я вам ничего нового не смогу сказать.

[kspshnik.livejournal.com]

Прочитал внимательно. Не понял, причём тут CAD/CAM/CAE.
Если граждане не умеют пользоваться инструментом - то что, инструмент плохой?