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

[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.

[vkorehovisback.livejournal.com]

что насчет связки s solidworks? есть какой плагин? или средствами солидворкс можно аэродинамику считать?

[lazy-flyer.livejournal.com]

Если вы собрались строить первый самолёт самостоятельно, то вам точно не нужен ни Solid, ни считать аэродинамику.

[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]

ну кто же сегодня будет поляру по учебнику строить.
а какой CAD лучше пользовать? в SolidWorks есть поддержка аэродинамики?

[kyodza.livejournal.com]

Есть.
В нашей фирме используют СолидВоркс со стандартным приложением к нему. CosmosFlowWorks называется.

Только там тоже не все так просто. Во первых - все сильно зависит от настройки начальных условий. Во вторых - там нет кнопки - "подсказать удачный профиль крыла". Там получается поле скоростей, а выводы надо делать самому. Без базовых знаний аэродинамики это ничего не даст.

Можно использовать более простую программу Profili v2.24. Она под моделистов заточена. Поляру то она строит по нажатию кнопки. Насколько реально - не оценивали.

[vkorehovisback.livejournal.com]

это не встроенный Flow Works в солидворкс? а какойто сторонний плагин?

мне солидворкс нужен еще и для того чтобы получить код для станка ЧПУ моего.
может есть и более простой способ?

[vkorehovisback.livejournal.com]

у вас есть опыт сравнения реальности с результатами симуляций?
нет ощущения что flow works пургу считает?

[vkorehovisback.livejournal.com]

я в Flow Works строил воздушные потоки в квартире:) для рассчета вентиляции и комфорта:)
вроде более менее посчиталось что реальности соответствует.
конечно абсолютные значения не совпадают но где сквозняки показывает правильно.

[lazy-flyer.livejournal.com]

Для крыла бесконечного удлинения.
И в XFLR и в Profili используется XFoil. Вот только в XFLR он здорово продвинутый.

[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.