Шестого шага псто...
Dec. 9th, 2015 08:57 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 Шестого шага псто...
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?
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?
![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
no subject
Date: 2015-12-09 06:40 am (UTC)Вот "рисовальщики" и насоветуют :-)
no subject
Date: 2015-12-09 08:20 am (UTC)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.
no subject
Date: 2015-12-09 08:50 am (UTC)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.
no subject
Date: 2015-12-09 09:47 am (UTC)no subject
Date: 2015-12-09 09:48 am (UTC)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
no subject
Date: 2015-12-09 09:51 am (UTC)Все примеры взяты из реальной жизни. Из реализованных проектов.
no subject
Date: 2015-12-09 10:01 am (UTC)no subject
Date: 2015-12-09 10:20 am (UTC)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.
no subject
Date: 2015-12-09 10:25 am (UTC)no subject
Date: 2015-12-09 10:26 am (UTC)no subject
Date: 2015-12-09 10:28 am (UTC)no subject
Date: 2015-12-09 10:31 am (UTC)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?!
no subject
Date: 2015-12-09 10:32 am (UTC)no subject
Date: 2015-12-09 10:35 am (UTC)no subject
Date: 2015-12-09 10:35 am (UTC)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
no subject
Date: 2015-12-09 10:41 am (UTC)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...
no subject
Date: 2015-12-09 10:42 am (UTC)no subject
Date: 2015-12-09 10:43 am (UTC)no subject
Date: 2015-12-09 10:50 am (UTC)Средствами измерений удокументирован факт пролёта с высоты 68 метров дистанции в 976 метров. Потом полоса закончилась, дальще лететь кусты помешали. :)
no subject
Date: 2015-12-09 10:56 am (UTC)") 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!
no subject
Date: 2015-12-09 11:09 am (UTC)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.
no subject
Date: 2015-12-09 11:18 am (UTC)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.
no subject
Date: 2015-12-09 11:22 am (UTC)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.
no subject
Date: 2015-12-09 11:24 am (UTC)no subject
Date: 2015-12-09 11:27 am (UTC)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.