lazy_flyer в Пятого шага псто...Поговорили о компоновке. Аэродинамическую компоновку тоже потрогали. Но хотелось бы обратить внимание на весьма неочевидные моменты, связанные с предыдущими шагами. Которые обязательно вылезут, если не на этапе проектирования ( с помощью CAD/CAM, привет рисовальщикам ), так на этапе эксплуатации точно.
А именно - нагрузка на мощность и рабочие Су.
НАГРУЗКА НА МОЩНОСТЬ УДЕЛЬНАЯ: часть веса самолета, приходящаяся на 1 л. с. номинальной мощности.
Ясно, просто и понятно. Вес (полный) делим на мощность (номинальную) получаем результат. Как и в любом транспортном средстве мощность, нагрузка на мощность - это скорость, разгонные характеристики ( взлёт, набор высоты ) и конечно грузоподъёмность.
Как связаны между собой нагрузка на крыло, о которой я уже писал и нагрузка на мощность? При постоянной, принятой в ТЗ или расчётах горизонтальной скорости, рост удельной нагрузки ведёт к росту вертикальной скорости снижения. Которую необходимо компенсировать ростом подъёмной силы - Су, угол атаки, скорость - по выбору, уже обсуждали. Скорость - это мощность, очевидно же? Рост веса самолёта в два раза требует увеличения мощности в четыре раза, так умные формулы говорят. И вот здесь появляются первые неочевидные грабельки. Предположим, мы сбалансировали нашу конструкцию для горизонтального полёта. Достаточно мощности, приемлемая удельная нагрузка на крыло. Но как только наш самолётик начинает маневрировать, так сразу на него начинают действовать перегрузки.
Вираж с креном в 30 градусов - 1,16 единицы.
Вираж с креном в 60 градусов - 2 единицы.
И наш самолётик со взлётным весом в 10 кило начинает весить 20...
Растёт вес, растёт удельная нагрузка, растёт требуемая мощность. И если для горизонтального полёта нам было достаточно мощности 10, то при перегрузке в две единицы нам потребуется мощность в 40. Или же мы станем терять высоту. Где взять дополнительную мощность если всё посчитано на стык, без запаса? Так же следует помнить, что увеличение оборотов ДВС не всегда ведёт к росту мощности...
Да, можно увеличить угол атаки, но помните о срыве? И здесь вылазять вторые неочевидные грабельки, а именно диапазон допустимых Су.
Предположим, вы посчитали замечательное крыло. Идеально сбалансировалось с остальными параметрами, самолёт летит как мечта. Но вы не заметили, что так замечательные параметры достигаются при Су=0,85 к примеру. А большинство профилей эффективно работают до Су=0,9, иногда Су=1,0. То есть у вас нет никакого запаса по Су и малейшее увеличение угла атаки ведёт к срыву, с предсказуемыми последствиями. Вывод? Стремитесь к минимальной удельной нагрузке и минимальной нагрузке на мощность, очевидно же. Иначе даже простейшие манёвры могут привести к катастрофическому прилёту в планету. То есть стройте лёгкое, оно лучше летает.
А кроме маневрирования есть ещё атмосфера, которая тоже умеет убить самолётик. Атмосфера далеко не стоячее болотце с тихой и спокойной водичкой. Атмосферу нужно рассматривать как дикий бурлящий океан.
Правда красиво?
А ещё и смертельно опасно для маленьких самолётов. В атмосфере существует ветер, всякие турбуленции, восходящие и конечно же нисходящие потоки. Вот такая красивая кучёвка под собой скрывает "трубы", могущие утянуть самолётик вверх. А вниз сбросить обломки. И да, если под облаком поток идёт вверх, то есть место, где он идёт вниз, логично? Что пишут в умных книжках для конструкторов взрослых, больших самолётиков?
Зона нисходящего ветра обычно менее 2 км в диаметре и располагается от нижнего края облака (300 – 1000 м) до земли. Вдоль поверхности земли сильный сдвиг ветра распространяется в зоне около 4 км в диаметре.
- нисходящий поток может быть со скоростью до 30 м/с.
- горизонтальный приземный ветер может быть до 22 м/с. Поскольку воздух растекается в противоположных направлениях, то при пересечении данной зоны сдвиг ветра может достигать 45 м/с.
- продолжительность существования зоны нисходящего ветра – до 15 минут.
Приведенные цифры являются максимальными значениями, и они показывают, почему большой и мощный самолёт, попав в такую зону, может оказаться беспомощным.
На минуточку, речь идёт о многотонных аппаратах, летающих со скоростями в сотни километров в час. А подавляющее большинство лёгких беспилотников имеет крейсерскую скорость порядка 20-30 м\с. То есть сравнимую со скоростью потоков. А больше всего потоков именно под такими красивыми, белоснежными облаками. Не нужно максимальных значений, достаточно половины, что уже гарантирует проблемы.
Когда самолёт входит в восходящий поток, угол атаки крыла увеличивается. Чем меньше разница между скоростью аппарата и скорость потока, тем больше будет увеличение угла атаки. Если мы летим с углом 2 градуса, то рост на 6 градусов, к примеру до 8 ещё не смертелен. Если мы летим с углом 6 градусов, то рост на 6 градусов скорее всего приведёт к сваливанию с предсказуемыми последствиями.
Ещё один момент, связанный с ростом угла атаки - это рост подъёмной силы. Баланс веса и подъёмной силы - вы помните? А здесь он очень быстро нарушается, возникает опасная перегрузка, которая вполне может превысить допустимую для аппарата. Далее что? Разрушение, говоря грубо - сложил крылья. Но кроме восходящих потоков существуют и нисходящие, логично же?
Что происходит при пересечении вот такого нисходящего потока?
На краю самолётик сначала попадает в зону встречного ветра, приборная скорость растёт, угол атаки растёт, но угол тангажа не изменяется.. Ваш автопилот умеет отрабатывать такие ситуации? Потом встречный ветер прекращается и самолёт попадает в сильный нисходящий поток. Приборная скорость уменьшается, угол атаки уменьшается. Далее попадаем в в зону попутного ветра, приборная скорость падает ещё больше, вполне возможна потеря подъёмной силы и управляемости, и как следствие прилёт в планету.
Для взрослых самолётиков попадание в турбулентность - расчётный случай, но кто занимается подобными расчётам для мелколётов-беспилотников?
Спросите, где здесь мощность? Да всё там-же. Вам понадобится запас мощности для преодоления встречного ветра. Вам понадобится запас мощности для преодоления нисходящего потока. И очень много мощности, что бы разогнать аппарат до нужной скорости в попутном потоке. Кстати, это одна из причин, почему я не верю рекламным буклетам производителей беспилотников. Достаточно взлететь в яркий солнечный день под облаками и красивый полёт превратиться в борьбу за жизнь, где мотор будет работать на максимальных мощностях. И все красивые расчёты разлетятся в пыль, как хрустальный бокал под ударом кувалды.
А именно - нагрузка на мощность и рабочие Су.
НАГРУЗКА НА МОЩНОСТЬ УДЕЛЬНАЯ: часть веса самолета, приходящаяся на 1 л. с. номинальной мощности.
Ясно, просто и понятно. Вес (полный) делим на мощность (номинальную) получаем результат. Как и в любом транспортном средстве мощность, нагрузка на мощность - это скорость, разгонные характеристики ( взлёт, набор высоты ) и конечно грузоподъёмность.
Как связаны между собой нагрузка на крыло, о которой я уже писал и нагрузка на мощность? При постоянной, принятой в ТЗ или расчётах горизонтальной скорости, рост удельной нагрузки ведёт к росту вертикальной скорости снижения. Которую необходимо компенсировать ростом подъёмной силы - Су, угол атаки, скорость - по выбору, уже обсуждали. Скорость - это мощность, очевидно же? Рост веса самолёта в два раза требует увеличения мощности в четыре раза, так умные формулы говорят. И вот здесь появляются первые неочевидные грабельки. Предположим, мы сбалансировали нашу конструкцию для горизонтального полёта. Достаточно мощности, приемлемая удельная нагрузка на крыло. Но как только наш самолётик начинает маневрировать, так сразу на него начинают действовать перегрузки.
Вираж с креном в 30 градусов - 1,16 единицы.
Вираж с креном в 60 градусов - 2 единицы.
И наш самолётик со взлётным весом в 10 кило начинает весить 20...
Растёт вес, растёт удельная нагрузка, растёт требуемая мощность. И если для горизонтального полёта нам было достаточно мощности 10, то при перегрузке в две единицы нам потребуется мощность в 40. Или же мы станем терять высоту. Где взять дополнительную мощность если всё посчитано на стык, без запаса? Так же следует помнить, что увеличение оборотов ДВС не всегда ведёт к росту мощности...
Да, можно увеличить угол атаки, но помните о срыве? И здесь вылазять вторые неочевидные грабельки, а именно диапазон допустимых Су.
Предположим, вы посчитали замечательное крыло. Идеально сбалансировалось с остальными параметрами, самолёт летит как мечта. Но вы не заметили, что так замечательные параметры достигаются при Су=0,85 к примеру. А большинство профилей эффективно работают до Су=0,9, иногда Су=1,0. То есть у вас нет никакого запаса по Су и малейшее увеличение угла атаки ведёт к срыву, с предсказуемыми последствиями. Вывод? Стремитесь к минимальной удельной нагрузке и минимальной нагрузке на мощность, очевидно же. Иначе даже простейшие манёвры могут привести к катастрофическому прилёту в планету. То есть стройте лёгкое, оно лучше летает.
А кроме маневрирования есть ещё атмосфера, которая тоже умеет убить самолётик. Атмосфера далеко не стоячее болотце с тихой и спокойной водичкой. Атмосферу нужно рассматривать как дикий бурлящий океан.
Правда красиво?
А ещё и смертельно опасно для маленьких самолётов. В атмосфере существует ветер, всякие турбуленции, восходящие и конечно же нисходящие потоки. Вот такая красивая кучёвка под собой скрывает "трубы", могущие утянуть самолётик вверх. А вниз сбросить обломки. И да, если под облаком поток идёт вверх, то есть место, где он идёт вниз, логично? Что пишут в умных книжках для конструкторов взрослых, больших самолётиков?
Зона нисходящего ветра обычно менее 2 км в диаметре и располагается от нижнего края облака (300 – 1000 м) до земли. Вдоль поверхности земли сильный сдвиг ветра распространяется в зоне около 4 км в диаметре.
- нисходящий поток может быть со скоростью до 30 м/с.
- горизонтальный приземный ветер может быть до 22 м/с. Поскольку воздух растекается в противоположных направлениях, то при пересечении данной зоны сдвиг ветра может достигать 45 м/с.
- продолжительность существования зоны нисходящего ветра – до 15 минут.
Приведенные цифры являются максимальными значениями, и они показывают, почему большой и мощный самолёт, попав в такую зону, может оказаться беспомощным.
На минуточку, речь идёт о многотонных аппаратах, летающих со скоростями в сотни километров в час. А подавляющее большинство лёгких беспилотников имеет крейсерскую скорость порядка 20-30 м\с. То есть сравнимую со скоростью потоков. А больше всего потоков именно под такими красивыми, белоснежными облаками. Не нужно максимальных значений, достаточно половины, что уже гарантирует проблемы.
Когда самолёт входит в восходящий поток, угол атаки крыла увеличивается. Чем меньше разница между скоростью аппарата и скорость потока, тем больше будет увеличение угла атаки. Если мы летим с углом 2 градуса, то рост на 6 градусов, к примеру до 8 ещё не смертелен. Если мы летим с углом 6 градусов, то рост на 6 градусов скорее всего приведёт к сваливанию с предсказуемыми последствиями.
Ещё один момент, связанный с ростом угла атаки - это рост подъёмной силы. Баланс веса и подъёмной силы - вы помните? А здесь он очень быстро нарушается, возникает опасная перегрузка, которая вполне может превысить допустимую для аппарата. Далее что? Разрушение, говоря грубо - сложил крылья. Но кроме восходящих потоков существуют и нисходящие, логично же?
Что происходит при пересечении вот такого нисходящего потока?
На краю самолётик сначала попадает в зону встречного ветра, приборная скорость растёт, угол атаки растёт, но угол тангажа не изменяется.. Ваш автопилот умеет отрабатывать такие ситуации? Потом встречный ветер прекращается и самолёт попадает в сильный нисходящий поток. Приборная скорость уменьшается, угол атаки уменьшается. Далее попадаем в в зону попутного ветра, приборная скорость падает ещё больше, вполне возможна потеря подъёмной силы и управляемости, и как следствие прилёт в планету.
Для взрослых самолётиков попадание в турбулентность - расчётный случай, но кто занимается подобными расчётам для мелколётов-беспилотников?
Спросите, где здесь мощность? Да всё там-же. Вам понадобится запас мощности для преодоления встречного ветра. Вам понадобится запас мощности для преодоления нисходящего потока. И очень много мощности, что бы разогнать аппарат до нужной скорости в попутном потоке. Кстати, это одна из причин, почему я не верю рекламным буклетам производителей беспилотников. Достаточно взлететь в яркий солнечный день под облаками и красивый полёт превратиться в борьбу за жизнь, где мотор будет работать на максимальных мощностях. И все красивые расчёты разлетятся в пыль, как хрустальный бокал под ударом кувалды.