Velmi hrubé základy aerodynamiky a letomechaniky

Modelářské vybavení, nástroje, pomůcky, připravky, stavební postupy, technologie a použité materiály

Moderátoři: Jiří Doležel, Pavel Stráník

Odpovědět
akademikrichard
Reakce: 0
Příspěvky: 253
Registrován: 12 úno 2010 20:54
Bydliště: Ústí nad Orlicí

Velmi hrubé základy aerodynamiky a letomechaniky

Příspěvek od akademikrichard » 15 kvě 2014 19:42

Tak jsem si řekl že to zkusím a založím nové pískoviště kde všechny ostatní prosím o šťourání do báboviček ;-). Předem upozorňuji že se to budu snažit podat ve zjednodušené formě O:-).

Rozhodl jsem se že bude možná lepší to vzít všechno hezky od začátku.

Když přeskočím učebnicové úvody typu touha létat je stará jako lidstvo samo a již Leonardo Da Vinci.. , tak se dostáváme k definici typů sil které na letadlo během letu působí.

Síly působící na letadlo

Pohyb letounu je primárně určen následujícími silami

1) Výsledná aerodynamická síla draku (součet vztlakové a odporové síly které působí na letoun) Ra

2) Propulzní síla (tah pohonné jednotky) F

3) Tíhová síla G

Jejich vektorový součet

Fa=Ra+G+F

dává tzv. Výslednou zrychlující sílu Fa. Pokud budeme předpokládat konstantní hmotnost lze ji vyjádřit pomocí 2. Newtonova pohybového zákona

Fa=m_let * a_let

kde m_let je hmotnost letadla
a_let je zrychlení letadla


Pozn tlustě jsou vyznačené vektory
0

akademikrichard
Reakce: 0
Příspěvky: 253
Registrován: 12 úno 2010 20:54
Bydliště: Ústí nad Orlicí

Re: Velmi hrubé základy aerodynamiky a letomechaniky

Příspěvek od akademikrichard » 15 kvě 2014 19:54

Pro lepší představu obrázek na kterém je letoun zobrazen v ustáleném horizontálním letu

Tah=Odpor
Vztlak=Tíha

Ra=L+D

kde L - Vztlak (ang. LIFT)
D - Odpor (ang. DRAG)

z obrázku je vidět, že výslednice vztlaku a a tíhy je nulová, stejně tak výslednice tahu a odporu -> výsledná zrychlující síla je nulová stejně tak zrychlení letounu

dle 1NPZ letoun setrvává v rovnoměrném přímočarém pohybu

Pozn. Ustálené režimy letu jsou režimy při nichž je výsledné zrychlení nulové (výjimku tvoří ustálená horizontální zatáčka k tomu později).
Přílohy
horizontalnilet.png
síly působící na letoun v horizontálním letu
horizontalnilet.png (35.99 KiB) Zobrazeno 8071 x
0

akademikrichard
Reakce: 0
Příspěvky: 253
Registrován: 12 úno 2010 20:54
Bydliště: Ústí nad Orlicí

Re: Velmi hrubé základy aerodynamiky a letomechaniky

Příspěvek od akademikrichard » 17 kvě 2014 19:21

Souřadnicové systémy

Pohyb letadel se dá popsat v různých souřadnicových soustavách které dělíme na

1) Souřadnicové soustavy nehybně orientované vůči zemi

a. Zemská souřadnicová soustava
b. Normální zemská souřadnicová soustava
c. Normální zemská souřadnicová soustava nesená letadlem


2) Souřadnicové soustavy nehybně orientované vůči letadlu

a. Letadlová souřadnicová soustava
b. Stabilitní souřadnicová soustava


3) Souřadnicové soustavy nehybně orientované vůči rychlosti letadla nebo ovzduší

a. Aerodynamická souřadnicová soustava
b. Experimentální souřadnicová soustava
c. Dráhová souřadnicová soustava
d. Větrná souřadnicová soustava


V tuto chvíli jsou pro nás nejdůležitější Letadlová a Aerodynamická souřadnicová soustava

Letadlová souřadnicová soustava

Letadlová souřadnicová soustava je pravoúhlá, pravotočivá a pevně spojená s letadlem. Její počátek je umístěn do těžiště letadla. Osa x se nazývá podélná osa a její směr je přibližně shodný jako směr osy trupu letadla. Kladný smysl osy x je směrem k přídi letadla. Osa z se nazývá kolmá osa a jak již bylo řečeno je kolmá na osu x. Její kladný smysl směřuje ke spodku letadla a společně s osou x tvoří rovinu symetrie letadla ( výjimka např. BV 141). Osa y je potom kolmá na rovinu symetrie a její kladný smysl směřuje do pravého křídla. Osa y se nazývá bočná. Výsledné síly v této souřadnicové soustavě se nazývají podélná síla letadla (v ose x), bočná síla letadla (osa y) a kolmá síla letadla (osa z). Kladný smysl těchto sil je shodný s kladným smyslem jednotlivých os souřadnicového systému. Rotační pohyb letadla kolem těžiště se rozkládá na tři složky kolem zmíněných os. Kladný smysl jednotlivých složek pohybu se určí dle pravidla pravé ruky. Rotační pohyb kolem podélné osy letadla se nazývá klonění kolem příčné osy letadla klopení a kolem kolmé osy zatáčení.
Přílohy
letadlovass.png
Letadlová souřadnicová soustava
letadlovass.png (45.26 KiB) Zobrazeno 7960 x
0

akademikrichard
Reakce: 0
Příspěvky: 253
Registrován: 12 úno 2010 20:54
Bydliště: Ústí nad Orlicí

Re: Velmi hrubé základy aerodynamiky a letomechaniky

Příspěvek od akademikrichard » 18 kvě 2014 12:58

Aerodynamická souřadnicová soustava

Počátek souřadnicové soustavy je opět umístěn do těžiště letadla. Osa xa je potom pevně spojená s vektorem rychlosti letu letadla a nazývá se odporová osa. Osa za se nachází v rovině symetrie a je kolmá na odporovou osu. Osa za se nazývá vztlaková osa. Osa ya je potom kolmá na obě předešlé a směřuje vpravo při pohledu ve směru letu. Osa ya se nazývá příčná osa. Kladné smysly aerodynamických sil (L-vztlak, D- odpor a Y-příčná síla) jsou orientovány opačně vůči kladným smyslům os aerodynamické souřadnicové soustavy. Na obrázku je znázorněna poloha aerodynamické souřadnicové soustavy(xa,ya,za) vůči letadlové souřadnicové soustavě(x,y,z) a vůči experimentální souřadnicové soustavě(xe,ye,ze). Vzájemná poloha těchto souřadnicových systémů je dána úhly ofukování(obtékání) letadla alfa a beta. Tyto úhly udávají polohu letadla vůči proudu vzduchu a závisí na nich velikosti aerodynamických sil a momentů. Aerodynamické charakteristiky letadel jsou běžně vyjadřovány v Aerodynamické souřadnicové soustavě. Přechod mezi vyjádřením veličin v jednotlivých souřadnicových systémech se dá provést pomocí transformačních matic.


Informace o souřadnicových soustavách byly čerpány ze skript doc. Daňka Mechanika letu 1 letové výkony. Kde jsou uvedeny i bližší informace o transformaci mezi jednotlivými souřadnicovými systémy.
Přílohy
aeross.png
aeross.png (55.65 KiB) Zobrazeno 7892 x
0

Lubomir Koutny
Reakce: 31
Příspěvky: 2402
Registrován: 04 pro 2010 17:44
Bydliště: Brno

Re: Velmi hrubé základy aerodynamiky a letomechaniky

Příspěvek od Lubomir Koutny » 23 kvě 2014 08:10

Ano, ani nám starším neškodí zopakovat si základy aerodynamiky. Jen málo našich modelářů, ale i pilotů si uvědomuje, že delší stabilní let modelu (nebo i skutečného letounu s volnou výškovkou - bez zásahu pilota) je možný pouze v oblasti pod bodem optimální jemnosti. Drtivá většina pilotů na Medlánkách na dotaz, co bude větroň dál dělat při ustáleném letu na minimálním opadání, když pilot na delší dobu pustí řízení odpověděla, že poletí dále na minimálním opadání. Ale to není pravda, ten větroň bude dále zpomalovat a zvětšovat úhel náběhu do té doby, než dojde k přetažení a pádu !
Dovolím si přirovnání s ekonomikou. Podle všeználka Klause veškeré turbulence vždy vyřeší neviditelná ruka trhu. Ano, ale to jen platí pro zdravou ekonomiku pohybující se ve stabilní oblasti (jako v aerodynamice pod bodem optimální jemnosti, tam si to letoun také sám vyrovná). Pokud však banky příliš riskují a nemají potřebné rezervy, pak jsou v nestabilní oblasti (u letounu stačí potlačit knip a zmenšit úhel náběhu, nebo přidat plyn). V ekonomice je také nutné účinně zasáhnout pomocí investic, přílišné úspory vedou ke kolapsu ! Topolánkovo řešení, nechat trh aby si to sám vyřešil se blíží situaci v letounu, kdy pilot je blbec, neumí situaci řešit a pustí knipl, má li letoun dostatek výšky, pak po pádu zvýší rychlost a může sám pád vybrat - ovšem za cenu velké ztráty výšky, pokud tu výšku nemá, pak následuje katastrofa !
Po dlouhou dobu byla pro modeláře Biblí publikovaná aerodynamická měření Smitzeho. Jenže ta měření z té doby byla při poměrně vysokých Re, která byla možná snad dosáhnout jen u velkých větroňů (tehdy dle FAI 3,5 m). Další vadou na kráse byl fakt, že aerodynamický tunel byl hlučný, co ovlivňovalo mezní vrstvu a tím i naměřené hodnoty. V neposlední řadě pak pro běžnou modelařinu se jednalo o zcela jiný povrch křídla - vyleštěný tvrdý povrch.
Daleko blíže k modelářské praxi měly pak profily vyvinuté Benedekem, který je testoval na kluzácích v hale - jednalo se tedy o křídla zhotovená běžnou modelářskou technologií a vše v reálných podmínkách. Benedek však nepublikoval žádné poláry, ani dost dobře nemohl (při měření by získal jen pár bodů v blízkosti optimální jemnosti), on však uděla pro modelařinu mnohem více - nabídnul velmi vhodné profily. Dokonce si dovolím říci, že jeho B 6356b je asi vůbec nejlepším profilem pro gumáky.
Na práci Benedeka pak navázaly naše aerodynamická měření různých profilů, při nízkých Re, prováděná na kluzácích v hale. V první etapě se jednalo o křídla o rozpětí 350 mm (vhodné pro M-oř), ve druhé o rozpětí 750 mm (vhodné pro P-30, Cupe ď Hiver, dvacetinky a jiné minimakety). Měřila se doba letu a ulétnutá vzdálenost ze stejné výšky vždy při několika různých seřízeních. Výsledkem byly údaje o klouzavosti, opadání, získaly se Cx a Cy a tak i zpravidla 4 body na dynamické poláře. Protože výška startu nebyla velká, tak i při seřízení nad optimální jemností většinou ještě nedocházelo k přetažení a pádu. Navíc se již začala projevovat blízkost země (proto také měření ze dvou různých výšek)... Více viz samostatný článek.
A nyní k počátku naší diskuze. Měření potvrdila, že při nízkých Re (kolem 10 000) opravdu příliš nezáleží na tvaru profilu, pokud tento je velmi štíhlý. Takže velmi dobře se chovaly profily blízské B 6356b, ale stejně dobře 5% Clark Y, nebo dokonce 5% autostabilní profil. Tolik tedy k problému, jaký by měl být profil na konci křídla u dvacetinky Ta-152H.
0
Naposledy upravil(a) Lubomir Koutny dne 23 kvě 2014 20:42, celkem upraveno 1 x.

akademikrichard
Reakce: 0
Příspěvky: 253
Registrován: 12 úno 2010 20:54
Bydliště: Ústí nad Orlicí

Re: Velmi hrubé základy aerodynamiky a letomechaniky

Příspěvek od akademikrichard » 23 kvě 2014 19:43

Mohl bych jenom poprosit o příspěvky bez politického podtextu? O:-)
0

akademikrichard
Reakce: 0
Příspěvky: 253
Registrován: 12 úno 2010 20:54
Bydliště: Ústí nad Orlicí

Re: Velmi hrubé základy aerodynamiky a letomechaniky

Příspěvek od akademikrichard » 23 kvě 2014 19:44

Jinak jestli by bylo možné v příspěvcích vynechat politický podtext předem děkuji :-)
0

Lubomir Koutny
Reakce: 31
Příspěvky: 2402
Registrován: 04 pro 2010 17:44
Bydliště: Brno

Re: Velmi hrubé základy aerodynamiky a letomechaniky

Příspěvek od Lubomir Koutny » 23 kvě 2014 20:39

Moc se omlouvám. Nešlo mi o politický podtext, ale o podobnpst ekonomických jevů s aerodynamikou. Tzv. monetární teorie a její odhady trendů (vystačí s kupeckými počty) totiž velmi připomínají onu dobře známou část poláry pod optimální jemností, kde je letoun autostabilní a sám koriguje turbulence. Naopak období krize je velmi podobné té části poláry kolem maximálního součinitele vztlaku a za ním, kde nevystačíme ani s difereciálními rovnicemi. V krajních případech mohou být tyto funkce dokonce nespojité. Dobrý pilot, stejně jako ekonom by neměl takové stavy připustit.
0

akademikrichard
Reakce: 0
Příspěvky: 253
Registrován: 12 úno 2010 20:54
Bydliště: Ústí nad Orlicí

Re: Velmi hrubé základy aerodynamiky a letomechaniky

Příspěvek od akademikrichard » 22 lis 2014 00:01

0

akademikrichard
Reakce: 0
Příspěvky: 253
Registrován: 12 úno 2010 20:54
Bydliště: Ústí nad Orlicí

Re: Velmi hrubé základy aerodynamiky a letomechaniky

Příspěvek od akademikrichard » 22 lis 2014 00:04

Plus excelovská hračka pro lepší představu

http://ulozto.cz/xHaN8YPK/aerominimaket ... rmace-xlsm

ve všech případech je heslo kakadu
0

akademikrichard
Reakce: 0
Příspěvky: 253
Registrován: 12 úno 2010 20:54
Bydliště: Ústí nad Orlicí

Re: Velmi hrubé základy aerodynamiky a letomechaniky

Příspěvek od akademikrichard » 25 lis 2014 17:21

klíčová otázka zajímá to někoho nebo si tu plkám pro sebe :-D
0

Vyvel
Reakce: 2
Příspěvky: 358
Registrován: 05 úno 2010 21:59
Bydliště: Říčany u Brna

Re: Velmi hrubé základy aerodynamiky a letomechaniky

Příspěvek od Vyvel » 25 lis 2014 19:09

No, upřímně řečeno jak už je napsáno v názvu tématu zajímá to velmi hrubě. Fakt je, že zatím kromě souřadné soustavy a rovnováhy sil působících na letoun jsme se toho moc nedozvěděli. Na útěchu mohu říci, že téma hodlám dále velmi hrubě sledovat.
0

Odpovědět