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

[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

[biglebowsky.livejournal.com]

Re: "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. "

Очень рекомендую почитать об эффекте Магнуса - весьма познавательно
Л. Прандтль «Эффект Магнуса и ветряной корабль.» (журнал «Успехи физических наук» выпуск 1-2. 1925 г) http://ufn.ru/ru/authors/prandtl_l/


Re: "но это демонстрация".
Что именно Вы подразумеваете под термином "это"? Неужто эффект Магнуса, который Вы не знаете?

Re: "Аналогичный опыт раньше показывали на первых лекциях по аэродинамике в советских ВУЗах."

Прандтлю потребовалось 27 страниц текста, чтобы объяснить эффект Магнуса. Лично я не рискнул бы дать этот материал "на первых лекциях".
Впрочем, я встречал учебники, написанные идиотами. Там в качестве "объяснения " эффекта Магнуса приводили некое весьма распространенное заблуждение. Достоинство заблуждения - оно очень короткое, всего несколько строк текста. Недостаток - ошибочно по сути: полностью противоречит аэродинамике, как науке.

[kyodza.livejournal.com]

Читать конечно можно все. Только для меня читать аэродинамиков - это все равно что работу Виндовс 10 изучать на уровне потоков электронов. Леса за деревьями не увидеть, да и не моя это область.

Если буквоедствовать, то 5 ноября 1905 года Жуковским был прочитан доклад «О присоединённых вихрях». А Магнус когда свой доклад сделал? Бывает, конечно, когда одно и то же изобретение делают независимо два человека. То же радио - Попов и Маркони. Один взрыватель делал, и все засекретил, а другой - коммерческий проект, потому изначально был в поле зрения. Но по хронологии - Попов первый получил результат.

То, что это называется эффектом Магнуса - нам не говорили. Показывали простейший опыт - картонный цилиндр с электромоторчиком на конце уравновешенного коломысла. На него дули поток воздуха феном и коромысло приходило в движение. И тут же начинали писать на доске диф.ур. Жуковского о циркуляции и подъемной силе. Про Магнуса ни слова.
Прандля упоминали где то в матане, но как пример применения математического аппарата для задач аэродинамики.

На первых лекциях давали, потому что нужно знать причину возникновения подъемной силы, но только обзорно.

ошибочно по сути: полностью противоречит аэродинамике, как науке - заинтриговали. ОК, прочту.

[biglebowsky.livejournal.com]

Объясняю.

Теорема Жуковского - связь между циркуляцией и подъемной силой.

Выводится за 5 строк. Нарисовать прямоугольную "коробочку" вокруг крыла.
Для каждой из 4 сторон записать потоки воздуха и силы.
Просуммировать и 5й строкой записать ответ.

Эффект Магнуса - 27 страниц текста, чтобы оценить циркуляцию вокруг цилиндра. И далее - одна строка текста - мол, применим к этой циркуляции теорему Жуковского.

[kyodza.livejournal.com]

Устраню пробел в знаниях. На русском это где то можно прочитать? Ссылкой поделитесь?

[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 :))))

[kyodza.livejournal.com]

Отчего же. Мне в институте не хватило какого то учебника, и пришлось взять аналог, но для ракетчиков.
Я был поражен - оказывается, если даже лом разогнать до приличной скорости (эдак до 3М), то при угле атаки в 0,2° у него будет приличная подъемная сила )))
Не хреновую подъемную силу создают тонкие пластинки с острой кромкой, размером с ладошку. Ну вы поняли...

[lazy-flyer.livejournal.com]

Вопрос в мощности дрыгателя. :))) Летает всё! Нужно только пнуть посильнее.

[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]

"На горизонт", естественно, ничего проектировать не нужно. Вот сделали самолет с какой-то площадью крыла, и эта площадь будет постоянной (конструктивно заданной), какие бы эволюции в пространстве самолет не совершал. (Экзотику, когда самолет складывает/раздвигает крылья, мы не рассматриваем.)

[kyodza.livejournal.com]

Если это спрашивает авиамоделист, не сильно напичканный теориями, то уместно сказать, что в справочниках (в программах) Су и Сх даются для прямоугольного крыла бесконечного размаха.
Если крыло будет иной формы (например, стреловидный эллипс в плане с поперечным V), то пересчет коэфф. для такого крыла потребуется.

Я правильно понял исходный вопрос?.

[vkorehovisback.livejournal.com]

а если не бесконечного размаха а конечного? тоже нужно пересчитывать? а программа сама не может пересчитать?

[lazy-flyer.livejournal.com]

XFLR моделирует конкретное крыло.

[kyodza.livejournal.com]

Не силен в программах, не подскажу. Автор поста приводит скриншоты из программы XFoil. Посмотрите ее.

А в учебниках пересчет есть конечно же.

[vkorehovisback.livejournal.com]

а если не бесконечного размаха а конечного? тоже нужно пересчитывать? а программа сама не может пересчитать?

[kyodza.livejournal.com]

Конечно.

Про программы не могу сказать, не владею вопросом.
Обратитесь к автору поста - он где то недавно выкладывал список литературы (со скриншотами), где все это описано.

На скриншотах у него программа XFoil. Вроде бы она считает конечный размах. Спросите опять же у него.

[kyodza.livejournal.com]

Посмотрел программу XFLR r5 - считает крыло конечного размаха. Хорошо считает, и что важно - на малых числах Re, то есть для моделей.
Анонсирован в следующем релизе 6 расчет динамических характеристик и устойчивости.

[kyodza.livejournal.com]

В советской аэродинамике к Су и Сх еще разные буковки приклеивались.
Если о перпендикулярной и параллельной составляющей, то это Суа и Сха - скоростная система координат. Переходите к связанной (вдоль осей самолета) , то надо уже считать проекцию. Захотите рассматривать маневр самолета - переходим к земной системе координат. Еще раз проекция, но уже на землю (мой пример про крен 90°). Площадь крыла - 0 м2. И т.д.

[vkorehovisback.livejournal.com]

ясно, спасибо

[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]

Любой самолет можно так рассматривать. Не только Ан-2. Играет роль боковая площадь фюзеляжа, и какой угол ему можем придать, и не сорвется ли поток при таких углах.