Магазин - главная | Новинки | Корзина | Отзывы | Форум | Карта сайта | Контакты
  Главная » Каталог » Разное » Аэродинамические "мелочи" в авиамоделизме
Информация
Контакты
Договор оферты
Как сделать заказ
Доставка и оплата
Вопросы и ответы
Скидки
Для самодельщиков
Юбилейное
Список разделов
E-mail нам
Разделы
Бальза - брус
Бальза стандарт - лист
Бальза ультралайт - лист
Бальза - рейка
Бальза - задняя кромка
Бальза - уголок
Рейка сосновая
Фанера авиационная
Эпоксидные смолы, отвердители, пластификаторы
Ткани (стекло, карбон, микс)
Жгуты, ленты, чулки
Дюраль - пластины
Дюраль - стержень (кругляк)
Дюраль - трубка
Латунная трубка
Латунный пруток
Проволока OBC
Стеклопластиковые стержни, пултрузия
Стеклопластиковые трубки
Стеклотекстолит - пластины
Профиль - карбон, пултрузия
Трубки - карбон + стекло
Трубки - карбон, 3K
Трубки - карбон, Plain
Трубки - карбон, пултрузия
Рейки - карбон, пултрузия
Стержни - карбон, пултрузия
Пластины - карбон
Бумага, пленка, лавсан
Хвостовые конусные балки
Пенопласты
Для соединения плоскостей
Кессон (цулага) для крыла
Тросы, нити, боудены
Клеи
Модельная химия
Для вакуумной формовки
Для матричных технологий
Модельная электроника
Крепеж
Разное авиамодельное
F-1-A, B, C, H, G, P
Планеры
Аккумуляторы
Модельные ракетные двигатели
Инструменты
Ветроуказатели
Работы по металлу и другим материалам
Наборы для сборки авиамоделей (на заказ)
Полный список товаров
Поиск
 
Введите слово для поиска.
Расширенный поиск
Новинки Перейти
Углепластиковая трубка 3K 6х8х1000 мм.
Углепластиковая трубка 3K 6х8х1000 мм.
881.0 руб.
Статьи
Все статьи
Материалы
Инструменты
Технологии
Электроника
Инструкции
Переводы
Программное обеспечение
Школа дядьки Глайдера
КБ Евгения Рыбкина
Авиамодели
Журнал "От винта"
Разное
Аэродинамические "мелочи" в авиамоделизме Аэродинамические "мелочи" в авиамоделизме
 
box_bg_l.gif.

Введение

@@В доступных статьях по авиамоделизму можно найти расчет крыла, и много всяческой полезной информации по компоновкам и постройке моделей. Всем ясно, что в лобовое сопротивление модели вносят вклад все ее детали. Но в доступной литературе практически нет информации по этой части лобового сопротивления. Возникает вопрос: почему? Причина простая: даже лобовое сопротивление (и его остальные параметры) крыла авиамодели можно только оценить. Причины: нельзя с достаточной степенью точности изготовить профиль крыла; нет (или почти нет) достоверных данных о характеристиках профилей на модельных скоростях и размерах. Вот и получается, что учитывать вклад "мелочей" вроде бы бессмысленно. На мой взгляд, считать вклад мелочей действительно бесполезно, а вот его оценка может быть полезна. Польза заключается в том, что позволит не "полировать" или усложнять что-то до бесконечности с одной стороны, и не допускать ощутимой потери летных свойств из-за "мелочей", которые можно легко сделать лучше.

Как учитываются аэродинамические "мелочи"

@@В книгах по аэродинамике предлагается следующий подход.
@@Аэродинамическое качество самолета равно Cy/Cx. Где Cy - коэффициент подъемной силы крыла, а Cx - коэффициент лобового сопротивления самолета.
@@То есть, Cx отражает сумму сопротивлений всех элементов деталей самолета. Но подъемная сила крыла равна S*P*Cy*V*V/2, где S - площадь крыла. Очевидно, что Р (плотность воздуха) и V (скорость) для всего самолета одна и та же (если "забыть", что некоторые детали самолета могут обдуваться струей винта).

@@А вот площади у всех деталей самолета разные. Так что, если мы определим Сх для какой-то детали (а именно это есть возможность сделать), то прямо в сумму Сх самолета мы не можем ее подставить. Выход простой: полученный Сх детали нужно умножить на ее характерную площадь и поделить на площадь крыла. Пример:

@@Сх крыла Схк=0.017; Сх стабилизатора и киля (которые рассматривались как крыло) Схс=0.012; Сx фюзеляжа=0.0037; площадь крыла Sк=30дм**2 ("**" у меня будет обозначать степень), площадь стабилизатора и киля Sс=5дм**2. Поверхность фюзеляжа (рассматривается планер с фюзеляжем обтекаемой формы) Sф=10дм**2. Определим Cх планера в целом Cxпл:

@@Схпл=Схк+Схс*Sс/Sк+Схф*Sф/Sк=0.017+0.012*5/30+0.0037*10/30=0.0202

@@А дальше мы можем уже анализировать результат и принимать (или не принимать) какие-то меры.

@@Допустим, на этот планер мы решили поставить видеокамеру в виде кубика 5*5*5см. считаем, что "кубик" поставлен удачно и дополнительного сопротивления от влияния на другие детали планера у него нет. Попробуем посчитать. Cx кубика = 0.8; Sкубика=0.25дм**2 (берется площадь "лба" куба). Посчитаем добавку от него в коэффициент лобового сопротивления планера =0.8*0.25/30=0.0067. Легко заметить, что видеокамера в виде куба испортит аэродинамическое качество модели существенно сильнее, чем его "испортило" наличие фюзеляжа и хвостового оперения. Придется для камеры делать бокс обтекаемой формы.

Пограничный слой

@@Воздух имеет вязкость, и имеются силы трения о поверхность.

@@В аэродинамике есть "магическое число" - число Рейнольца, обычно пишется Re. Оно зависит от вязкости и плотности воздуха, размера тела (для которого считается Re), и его скорости. В авиамоделизме, чтобы не усложнять себе жизнь, обычно Re вычисляется очень просто: Re=69*X*V, где X - размер вдоль потока (для крыла - хорда) в миллиметрах, V - Скорость в метрах в секунду.

@@Перейдем теперь непосредственно к пограничному слою. Им называется слой воздуха вдоль поверхности, который из-за сил трения движется медленнее остального потока воздуха. Выглядит он приблизительно следующим образом: непосредственно вблизи поверхности воздух неподвижен, чуть дальше от нее начинает относительно поверхности ползти потихонечку, еще выше слой "ползет" по этому слою и так далее. На каком-то расстоянии от поверхности воздух движется уже со своей "нормальной" скоростью. Вот такой пограничный слой (когда все скользит по слоям) называется ламинарным. Если длина поверхности больше какой-то, и скорость воздуха больше какой-то, (попросту - Re больше некоторой величины), то вместо скольжения внутри пограничного слоя получаются маленькие вихри. Такой пограничный слой называется турбулентным. Для обоих видов пограничного слоя есть формулы для определения его толщины и силы трения.

@@Толщина слоя для ламинарного слоя: d=0.7*((X/V)**0.5), где d - толщина пограничного слоя в миллиметрах, X - расстояние от передней кромки в миллиметрах, V - скорость в метрах в секунду. "**0.5" читается как корень квадратный из отношения X к V.

@@Аналогично, толщина турбулентного пограничного слоя d=0.16*(X**0.8)/(V**0.2), все размерности величин те же.

@@Коэффициенты трения:
@@Для ламинарного слоя Cx=1.33/((Re)**0.5)
@@Для турбулентного слоя Cx=0.074/((Re)**0.2)

@@Возникает вопрос: "А зачем нужно знать толщину пограничного слоя?". Ответ довольно простой - если Вы подставите какие-нибудь конкретные числа для своей модели (скорость, хорду крыла), то увидите, что крыло находится в довольно толстой "шубе" из пограничного слоя (если Вы подставите эти же данные для какого-нибудь настоящего самолета или планера, то увидите, что, относительно их размеров, эта "шуба" намного тоньше).

@@Внимание! Эти формулы дают полную толщину пограничного слоя, а реальная толщина, в которой воздух движется существенно медленнее, меньше толщины "шубы" раз в десять.

@@Следствие. Чем ближе в передней кромке (или к носу модели), тем тщательнее надо обрабатывать поверхность и соблюдать форму, так как там "шуба" тоньше.

@@Закономерность. Коэффициент трения при турбулентном пограничном слое выше, чем при ламинарном (при прочих равных условиях).

@@Внимание! Если у Вас получился коэффициент трения турбулентного слоя МЕНЬШЕ, чем ламинарного, то пользуйтесь ламинарным - на этих Re формула для турбулентного слоя просто не работает, так как она выведена для "большой" авиации.

@@Немного о точке перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный. Для модельных Re в случае плоской гладкой пластинки все обтекание было бы ламинарным.

@@Но.

@@Шероховатость поверхности приводит к ранней турбулизации пограничного слоя.

@@Наличие неровностей и уступов приводит к тому же.

@@Все, что обтекается струей винта, имеет турбулентный пограничный слой.

"Мелочи" и не только они

@@Все дальнейшие данные я взял из учебников для ВУЗов. Написаны они для "больших самолетов, так что, применительно к моделям, могут врать. Так как я не умею рисовать, то буду давать словесное описание "изделия" и, вместо графиков будут таблицы.

Рисунок 1

@@"Изделие 1".

@@Диск или пластина (линейка) поперек потока . То есть она поставлена так, чтобы создавать наибольшее сопротивление (ветер перпендикулярен плоскости).

@@В качестве "площади для расчета" сопротивления модели берется площадь пластинки.

@@Коэффициент сопротивления от Re не зависит. Для круглой пластинки Сх=1.12, причем, избыток давления спереди дает Сх=0.82, разрежение за пластинкой дает Сх=0.3 (в сумме получается Сх=1.12).

@@Для "линейки" коэффициент сопротивления увеличивается с ростом отношения длины к ширине.

Таблица для "линейки"

Отношение длины к ширине
Сх
Примечание
1
1,12
Квадрат, круг
3
1,15
.
5
1,18
.
10
1,25
.
Очень много
2
.

Квадратную пластинку (воздушный змей) постепенно поворачивают

Угол, градусы
Сх
Примечание
0
0
Пластинка вдоль потока, реальное сопротивление рассчитывается из сил трения. Не забывайте, что у пластинки две стороны!
5
0,2
..
10
0,35
..
20
0,6
..
30
0,8
.
45
0,9
.
60
1
.
90
1,12
Пластинка перпендикулярна ветру

@@Пластинку превращают в кирпич. График дан для цилиндра, вдоль оси которого дует ветер (фюзеляж типа "полено", нос и хвост обрублен).

Таблица для "полена". За размер площади принята площадь торца полена (круга)

Отношение длины цилиндра к его диаметру
Сх
Примечание
0
1,12
диск
1
0,8
"кубик"
2
0,73
..
3
0,73
..
5
0,8
.
8
0,9
длинное "полено"

@@"Изделие 2".

@@Цилиндр поперек потока (круглый подкос крыла, стойка шасси из проволоки). Re считается исходя из диаметра. Площадь - произведение диаметра на длину.

Таблица для очень длинной проволоки

Re
Сх
Примечание
10
2,7
Диаметр 0.14мм, скорость 1м/с
30
1,8
.
100
1,35
D=0.7мм, V=2м/с
300
1,2
.
1000
1
D=1.5мм, V=10м/с
3000
0,9
.
10000
1,1
D=15мм, V=10м/с
30000
1,2
.
100000
1,2
.

@@При уменьшении отношения длины цилиндра к его ширине сопротивление слегка уменьшается.

@@На этот коэффициент надо умножить полученный выше, если у Вас короткий "чурбачок" (если он торчит из чего-то, надо взять его удвоенную длину для определения коэффициента, за площадь, естественно, берется произведение его диаметра на длину).

Таблица для коротких "чурбачков", поставленных поперек потока

Отношение длины цилиндра к диаметру
Поправочный коэффициент
1
0,4
2
0,5
5
0,6
10
0,8
20
0,9

@@"Изделие 3".

@@Стойка шасси или подкос каплевидной формы. Отношение длины капельки к толщине капельки 3-4. Площадь считается умножением толщины капельки на длину подкоса или стойки шасси.

@@К сожалению, минимальное Re, для которого есть информация - 50000. Для меньших Re лучше применить эллипс (тупой носик и хвостик) или "чечевицу" (острый носик и хвостик)

Re
Cx
200000
0,08
150000
0,09
100000
0,1
75000
0,12
50000
0,15

@@@"Изделие 4".

@@Шар. На числах небольших Re (<200000) поток отрывается, образуется много вихрей, в результате Cx=0.5 На больших числах Re обтекание шара становится турбулентным (турбулентный поток лучше "прилипает" к кривым поверхностям), вихрей становится меньше и Сх=0.12. Поэтому в "большой авиации" раньше были популярны носы фюзеляжа в форме полусферы (большие Re).

@@В моделях "полусфера" будет давать большое сопротивление, поэтому носы надо "вытягивать". Число Re рассчитывается по диаметру шара.

@@"Изделие 5".

@@Удобообтекаемые тела (фюзеляж планера).

@@Считается трение. Если фюзеляж действительно удобообтекаемый, то поверхность до самого толстого места считается с ламинарным пограничным слоем, а после него - с турбулентным. Я бы брал просто полусумму этих двух Сх. Трение хвостовой балки вообще бы не учитывал (Re считается из той длины фюзеляжа, которая участвует в расчете площади поверхности).

Общие замечания

@@Стабилизатор типа "плоская пластина". Он довольно распространен. Часто бывает "вырубленным" без закругления кромок (передней, заднюю закруглять нет смысла, эффект уменьшения сопротивления даст только сведение ее на нет клином с отношением длины к толщине не меньше 5).
"Обрубленная" передняя кромка дает два эффекта:

  • тот самый коэффициент Сх=0.8 для линейки (то есть, надо посчитать площадь передней кромки и учесть с коэффициентом Сх=0.8; впрочем, я считаю, что в этом случае коэффициент надо в пару раз уменьшить);

  • весь стабилизатор имеет турбулентный пограничный слой; считается, как плоская пластинка (не забудьте учесть, что у стабилизатора две стороны);

@@Обрубленная задняя кромка дает по аналогии с передней кромкой сопротивление с Сх=0.3 (я считаю, что его тоже надо уменьшить в пару раз). Это же касается и "обрубленной" задней кромки крыла (см. Рис. 2).

@@Закругления передних кромок. Популярны просто полукруглые. На мой взгляд, надо закруглять по эллипсу с отношением длины к толщине 2/1 (носик "острее" полукруглого).

@@В случае хорошо закругленного носика стабилизатор имеет ламинарный пограничный слой.

@@Пример оценки дополнительного сопротивления:

Рисунок 2

@@О моделях - полукопиях "лобастых" самолетов (И16, Зеро, Ла5, Як18). У них середина носа имеет вид диска (реально там воздухозаборник системы охлаждения), а края закруглены. Если у модели нет действующего воздухозаборника, то надо считать, что 2/3 "диска" имеют Сх=0.8 (см. Рис. 2).

О здравом смысле

@@Когда Вы начнете оценивать "мелочи", увидите довольно много неожиданного. Я в свое время "неожиданностей" увидел много. Не забывайте, что все это - только оценки (хотя и считается точно, но сами исходные формулы выведены для "большой" авиации). И совсем немного о "мелочах" которые "мелочами" не являются.

@@Первая "мелочь" касается верхней поверхности крыла и всего, с чего воздух может на нее попасть (учтите при этом, что перед крылом встречный поток движется под углом вверх).

@@Из воспоминаний. Есть такой планер - "БРОшка". Очень простенький, на нем школьников учили летать с лебедки. У этого планера одно колесо. Первое упражнение - "пробежки" по земле без взлета. Тянет лебедка, а задача пилота - не дать планеру завалиться на крыло. Управление: руль направления (педали) и элероны (ручка). С одной стороны, планер должен двигаться быстро, чтобы рули работали, а с другой - ему нельзя взлетать (при падении даже с высоты двух метров можно основательно покалечиться). Задачу решили просто - на середину крыла, сверху, (хорда около одного метра, размах - около десяти), приблизительно на половину размаха, были поперек привязаны деревянные бруски сечением 5см*5см. В результате этот планер принципиально не мог взлететь на скоростях больше взлетной!!!

@@Так что - "вылизывайте" все, с чего воздух может попасть на верхнюю поверхность крыла! Естественно, это касается и "мелочей", которые Вы хотите на верхнюю поверхность крыла пристроить. Можно не только схлопотать лишнее сопротивление (причем, в разы больше ожидаемого), но и "потерять" кусок крыла в создании подъемной силы.

@@О подвеске рулей. Если Вы их подвешиваете на шарнирах, то будьте очень внимательны к размеру щелей и смещений по вертикали подвешенного руля относительно плоскости, к которой он подвешен. Конечно, в "большой" авиации есть щелевые закрылки, хитро (со щелями) подвешенные рули.

НО ТАМ ПРИМЕНЯЮТСЯ СПЕЦИАЛЬНО СПРОЕКТИРОВАННЫЕ ЩЕЛИ И СМЕЩЕНИЯ!!!

@@"Неправильная" щель или смещение может "убить" эффективность руля.

@@Тут тоже у меня есть пример из жизни. Приятель сделал планер (довольно простенький). И подвесил руль высоты на шарнирах так, что при отклонении вверх руль изгибался, возникала приличная щель и смещение между ним и стабилизатором. В результате модель почти не реагировала на руль высоты. После подвески руля просто полоской скотча руль оказался даже избыточно эффективным.

Заключение

@@Здесь я хочу еще раз напомнить об очевидной вещи: авиамодель нельзя посчитать, ее можно только оценить. Если, конечно, у Вас нет доступа ко всяческим "закрытым" программам, аэродинамическим трубам и оборудованию, позволяющему изготовить многие детали (например, профиль крыла) с точностью в сотую миллиметра.

@@В "открытом доступе" есть довольно много расчетных программ, которые, как кажется на первый взгляд, могут довольно точно посчитать модель. К сожалению, это только кажется.

@@Например, при сравнеии поляр профиля на небольших Re (60000), вычисленных неплохой программой, с реально измеренными полярами, взятыми с сайта, получилось большое расхождение (в некоторых точках поляры расхождение по Cx получилось разница в пару раз).

@@Тем не менее, глупо не проводить ОЦЕНКУ, если есть такая возможность. Производить оценку вручную утомительно (и глупо, когда под руками есть PC). Пока у меня на РС был DOS, я в качестве "калькулятора" использовал Турбо Бейсик. Написав за 5минут - 1 час простенькую программку, я мог потом легко повторять расчеты, варьируя исходные данные, при желании мог получать графики нужных мне в данный момент зависимостей. К сожалению, языками программирования под Windows я не владею - просто времени не хватает освоить их. "Калькулятор" я сразу отмел - достаточно ошибиться в наборе одной цифры - и можно часами разбираться в полученных результатах. Стал искать замену Бэйсику. И нашел - в состав офиса входит Exel, который удалось в достаточной степени освоить за несколько часов. Существенный плюс Exel (и программы, написанной на каком-нибудь языке) в том, что видны ОДНОВРЕМЕННО и исходные данные и результат (не говоря уже о том, что изменение входных данных автоматически изменяет результат). Это позволяет легко найти ошибку типа "опечатка". Для примера привожу два простеньких "калькулятора".

@@Каждый из них был сделан менее, чем за час (не считая "раскраски", которую я обычно не делаю).

Скачать первый калькулятор (zip-архив, 7 кБ)
Скачать второй калькулятор (zip-архив, 5 кБ)

@@Как что считается, Вы можете сами посмотреть, просто щелкнув мышкой по любой желтой ячейке (только ничего не вводите в нее, так как там окажется то, что Вы введете). RyCx прямо указывает на координаты ячейки (Ry - номер строки, Cx - номер столбца) откуда берутся данные; R[y]C[x] - координаты относительно текущей ячейки.

Авторам опубликованных статей предоставляются скидки в нашем магазине

Эта статья была опубликована 07 October 2013 г..
Число отзывов: 0
Написать отзыв
box_bg_r.gif.
Корзина Перейти
Корзина пуста
Вход
E-Mail:
Пароль:
Регистрация
Отложенные товары Перейти
Нет отложенных товаров.
Отзывы Перейти
Углеткань Аспро А-60, плотность 60г/кв.м, ширина 960мм, п.м.
отличная упаковка.все быстро отослали после оплаты.магазин в ..
5 из 5 звёзд!
Рекомендуемые Перейти
Ветроуказатель УВ 3.5
Ветроуказатель УВ 3.5
1,199.0 руб.
Лучшие товары Перейти
01. Смола эпоксидная LARIT, 100 г.
02. Бальза листовая 2*102*915 мм
03. Бальза листовая 1.5*102*915 мм
04. Трос стальной, многожильный, d. 0.5 мм, 1 м.
05. Бальза листовая 3*102*915 мм
06. Бальза листовая 1*102*915 мм
07. Бальза листовая 1.5*75*930 мм
08. Бальза листовая 1*75*930 мм
09. Отвердитель L-285 (Германия) средний, 100 г.
10. Лавсан прозрачный для обтяжки моделей, 23 мкм, 1 п.м.
11. Бальза листовая 2.5*75*930 мм
12. Бальза листовая 2*75*930 мм
13. Бальза листовая 4*104*935 мм
14. Ламинат ЛСО 0,35/38-Ш(2), Ступино, 1 п.м.
15. Эпоксидная смола низкой вязкости «L», 100 г.
16. Ламинат ЛСО 0,35/50-Ш(2), Ступино, 1 п.м.
17. Бальза листовая 3*75*930 мм
18. Отвердитель L-286 (Германия) медленный, 100 г.
19. Бальза листовая 5*104*935 мм
20. Бальза листовая 5*75*930 мм
21. Стеклоткань 0,05 мм (КНР, “Aeroglass”), 1 кв.м.
Яндекс.Метрика
© 2003-2017, shop.Aviamodelka.ru - Материалы для моделистов