lazy_flyer (lazy_flyer) wrote in engineering_ru,
lazy_flyer
lazy_flyer
engineering_ru

Четвёртого шага псто...

Оригинал взят у lazy_flyer в Четвёртого шага псто...
Сделали шаг третий, определились с компоновкой и формой нашего будущего самолётика. Делаем четвёртый шаг, шагаем к аэродинамической компоновке.
Форма крыла в плане - почему такая?
Расположение крыла относительно фюзеляжа - зачем так?
Оперение - иначе никак?
Молодое дарование скажет - так красиво.
Битый жизнью скажет - так летает.
И оба могут оказаться неправы.
Даже если так красиво или так летает, всё равно имеет смысл рассмотреть альтернативные варианты.

Форма крыла. На что она влияет? О, здесь много. Например - распределение несущей силы по размаху. Теоретически наилучшим является эллиптическое распределение, дающее максимальное качество К. Где К=Су/Сх, если выражать через коэффициенты. То есть соотношение подъёмной силы к сопротивлению. Это именно те 10-20-30 о которых я говорил. Сколько километров пролетит вперёд аппарат с километровой высоты?
Да, бесспорно добится эллиптического распределения можно и на прямом как доска крыле, комбинирую различные профили по размаху. Но лучше решать эту проблему комплексно, сочетая форму и профиль.
На что ещё? Например срывные характеристики. Что такое срыв? Это когда крыло ( или участок ) крыла перестаёт "нести". Подъёмная сила резко падает, а вслед за ней падает и аппарат. В зависимости от того, где начался и как развивается срыв, будет определяться поведение аппарата. Или он опустит нос и начнёт разгонятся в меру прямолинейно. Или крутанётся вокруг конца крыла и войдёт в спираль, переходящую в штопор.
Ещё что? Положение фокуса крыла и как следствие фокуса аппарат в целом. Абсолютно необходимым условием является расположение центра тяжести перед фокусом аппарата. Если конечно у нас не Су-27 на рисунке, который статически неустойчив. Если в результате компоновки ЦТ получился здесь, а фокус - вон там, то изменением формы крыла, приданием ему некой стреловидности можно этот самый фокус перемещать, до желаемого положения, в пределах разумного. Естественно это немедленно отразиться на К и на срыве, но компромиссы неизбежны. Можно вернуться к компоновке и подвигать начинку вперёд назад - компромиссы неизбежны и собственно работа конструктора сводится к разрешению компромиссов с максимальной пользой.

Нагрузка на крыло. Что от неё зависит? Прежде всего скорость и взлётно-посадочные характеристики. Нагрузка считается очень просто. Берём вес аппарата ( расчётный ) и делим на площадь крыла. Откуда берём вес? Считаем, банально считаем. Знаем сколько весить оборудование самолёта и топливо. Знаем сколько весит полезная нагрузка. Знаем, сколько весят детали конструкции, статистически. То есть квадратный метр или дециметр крыла весит столько столько. Откуда знаем? Из предыдущих многочисленных проектов, из литературы, из анализа других проектов. Или рисуем кусок в Solid Works к примеру и вычисляем. Посчитали, прослезились...
Почему скорость? Крыло создаёт подъёмную силу. Условие горизонтального полёта - равенство веса и подъёмной силы. Подъёмная сила грубо говоря - функция профиля ( его Су ) и скорости, оставляя за скобками свойства атмосферы. Профиль как ни удивительно это звучит, влияет нелинейно. Не верите? Вот картиночки. :)))

Совершенно абстрактное крыло, 3 метра размах, 350 мм хорда. Совершенно абстрактный аппаратЪ, 10 кило весом. Дуем...Дуем, изменяя только профиль крыла, последовательно: NACA4412-NACA3412-NACA2412. Профили одного семейства, отличаются только кривизной 4-3-2%, и как следствие коэффициентом подъёмной силы.

Что наблюдаем? Для полёта на скорости 20 м\с нужен различный угол атаки. От 0,5 градуса для NACA4412 до 2,5 градуса для NACA2412. Грубо говоря с шагом 1 градус на 1% кривизны. Ух как страшно...Но смотрим дальше. Помните - равенство веса и подъёмной силы, то есть равенство Су, около 0,37 для любого профиля из коллекции.
Ну всё просто и понятно. Хотим лететь медленне - ставим более "кривой" профиль, получаем бОльшую подъёмную силу, ура, ура, победа. Неа. Немного не так. :))) Кроме подъёмной силы профиль создаёт сопротивление. Которое как оказывается растёт вместе с увеличением кривизны профиля. Смотрим на картиночку и впадаем в печаль.

Тадамммммммм... А что такое сопростивление? Это качество, читай - мощность двигателя, читай - вес/дальность/время...

И оказывается, что более криво не значит лучше. Казалось бы, что такое 2 единицы разницы? Да ни о чём разговоры, можно смело забивать с резьбой. Но разница между летит и летит хорошо как раз и кроется вот в таких 2-х единицах.
Остаётся скорость. То есть для горизонтального полёта аппарата с весом 10 нужна скорость 40. А для аппарата весом 20 нужна скорость 80, при равной площади крыла. Но скорость - это мощность двигателя ( вес, радиус действия, продолжительность полёта ) и неудобство ведения измерений или наблюдений. Пролетая над объектом наблюдений со скоростью 40 у нас будет больше времени на его изучение. Можно увеличить высоту при скорости 80, но тогда упадёт качество наблюдения. Можно поставить инструменты лучшего качества, но тогда может возрасти вес и наверняка вырастет цена. Снова компромиссы. А ещё вылазят неприятности со взлётом и посадкой.
Для взлёта с большой удельной нагрузкой нужна бОльшая скорость, более протяжённая ВПП или катапульта большей мощности. При мощной катапульте растут перегрузки на старте, упрочняется и утяжеляется конструкция, что ведёт к росту скорости...Посадка? Опять таки ВПП бОльшей протяжённости, усиленные посадочные приспособления, больший вес, большая скорость. Замкнутый круг, истинное проклятье любого летающего аппарата. Поэтому чем меньше нагрузка на крыло, тем больше возможности манёвра у конструктора. Но растут размеры...

Далее, в следующих шажках четвёртого шага мы можем поговорить о:
- Нагрузка на мощность
- Рабочие Су
- Восходящие и нисходящие потоки а также выход на критические Су.
И ещё о всяком.

Если у меня терпения хватит. :)))
Tags: авиация и воздухоплавание, проектирование & проекты, своими руками
Subscribe
promo engineering_ru april 30, 2014 15:00 70
Buy for 200 tokens
Originally posted by zilm at Как будут ремонтировать автомобили с углепластиковым кузовом? Когда инженеры BMW создавали свои подзаряжаемые автомобили, они столкнулись с необходимостью снижения веса. Аккумуляторы делают электромобиль или плагин-гибрид тяжелее аналога с ДВС, а…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 79 comments