WIRTUALNA MODELARNIA

MARIUSZ

Witam
Na to pytanie (często zadawane przez początkujących modelarzy) w 95 przypadkach na 100 usłyszymy odpowiedź "oczywiście laminarny ................... (w wykropkowane miejsce należy wpisać nazwę profilu, który jest aktualnie w modzie, tzn. został zastosowany w jakimś mistrzowskim modelu)"
Oczywiście coś na wzór zacytowanego profilu zostanie zastosowane do modelu "deprona" lub park -flyer'a, i pojawi się nowe pytanie, „DLACZEGO MÓJ MODEL NIE LATA ?!!!!!"
Oczywiście zacytowany profil jest bardzo dobry, ale... Do mistrzowskiego modelu, w którym był zastosowany, natomiast zazwyczaj do szkolnego modelu, modelu innej klasy, latającego w innym zakresie prędkości (inny zakres Re) lub posiadającym skrzydła wykonane w innej technolog jest absolutnie nieprzydatny.
Dlaczego?
Aby odpowiedzieć na to pytanie trzeba niestety zacząć od podstaw.

Powstawanie siły nośnej:
Na każdą płaszczyznę ustawioną pod pewnym kątem i poruszającą się z pewną prędkością działają dwie podstawowe siły - opór i siła nośna.

Nas oczywiście interesuje (poza szczególnymi przypadkami), aby siła nośna była jak największa a opór jak najmniejszy. Dlatego przekrój skrzydła modelu (samolotu) musi mieć odpowiedni kształt (profil)
Mechanizm powstawania siły nośnej wygląda tak:

Jak widać na górnej powierzchni skrzydła powstaje obszar podciśnienia, powodującego zasysanie skrzydła, natomiast pod skrzydłem tworzy się nadciśnienie, które "wypycha" skrzydło do góry. Co ciekawe, dużo większy wpływ na siłę nośną ma podciśnienie nad skrzydłem, niż nadciśnienie pod nim. (poza szczególnym przypadkiem skrzydła poruszającego się bardzo blisko ziemi - efekt poduszki powietrznej), w związku z czym właściwy kształt górnej części skrzydła ma dużo większe znaczenie.
Na wartość siły nośnej mają wpływ dwa zasadnicze czynniki:
Prędkość opływającego powietrza (prędkość modelu), siła nośna rośnie do kwadratu prędkości (tzn., jeśli prędkość wzrośnie 2x to siła nośna wzrośnie czterokrotnie, ale nie ma się, co za bardzo cieszyć również opór stawiany przez skrzydło wzrośnie czterokrotnie)
Następnym czynnikiem mającym zasadnicze znaczenie w powstawaniu siły nośnej skrzydła jest jego profil.
Aby dobrać właściwy profil musimy najpierw określić, co chcemy uzyskać:
Czy zależy nam na uzyskaniu jak największej siły nośnej (duży udźwig modelu), czy też chcemy, aby opór skrzydeł był jak najmniejszy (duża prędkość), lub zależy nam, aby skrzydła miały maksymalnie dużą doskonałość (jak najlepszy stosunek siły nośnej do oporu)
Tak na marginesie doskonałość modelu to po prostu odległość, jaką przeleci lotem ślizgowym tracąc jeden metr wysokości

Jeśli już określimy wymagania stawiane przed modelem następnym krokiem będzie określenie zakresu prędkości, w których nasz model będzie się poruszał a co za tym idzie liczby Renoldsa (Re)
Liczba Re jest to niemianowana wartość wyrażona wzorem:
Re = 70 x V x L
V - prędkość lotu w m/s
L - cięciwa skrzydła w mm.
Znajomość liczby Re pozwala nam na porównanie charakterystyk różnych profili i wybranie optymalnego (zawsze porównujemy charakterystyki profili wyznaczone dla tej samej liczby Re, możliwie zbliżonej do zakresu Re naszego skrzydła), oraz określenie zakresu przepływu, w jakim będzie znajdowało się nasze skrzydło.
Każdy profil ma zakres liczb Re nadkrytyczny (najbardziej pożądany), podkrytyczny (niezbyt pożądany) i zakres krytyczny (tego wystrzegamy się jak ognia). Krytyczny zakres przepływu na skrzydle pojawia się w przy liczbach Re 20 000 do 80 000 w zależności od rodzaju profilu.

Wykres przedstawiający wartości Cz(współczynnik siły nośnej) i Cx(współczynnik oporu) w funkcji liczby Re
Przepływ nadkrytyczny

Najlepszy dla naszego skrzydła pozwala na uzyskanie dużej siły nośnej i małego oporu, energia przepływu jest na tyle duża, że nie następuje oderwanie strug powietrza na górnej części profilu (lub jest nieznaczne), w tym zakresie jest możliwe stosowanie nowoczesnych profili laminarnych (oczywiście ma to sens tylko przy uzyskaniu idealnie gładkiej powierzchni skrzydła)
Przepływ podkrytyczny

Tu energia opływającego powietrza jest zbyt mała i następuje zbyt wczesne oderwanie strug powietrza, objawia się to utratą siły nośnej i znacznym wzrostem oporów skrzydła. Wtym zakresie bezpiecznie jest stosować profile turbulencyjne (charakteryzują się tym, że maksymalna grubość profilu i ugięcie jego szkieletowej znajduje się w odległości 20-30% od noska profilu) profile turbulencyjne są też mniej "wybredne”, co do jakości powierzchni skrzydła, a nawet pewna niewielka szorstkość powierzchni wpływa pozytywnie na ich właściwości.
Przepływ krytyczny
Bardzo niepożądany zakres przepływu, w tym zakresie model może wyprawiać różne dziwne rzeczy, np. podczas zakrętu zewnętrzna połówka skrzydła poruszająca się z większą prędkością będzie jeszcze w zakresie nadkrytycznym, natomiast wewnętrzne skrzydło przejdzie w zakres podkrytyczny (nastąpi nagła utrata siły nośnej). Spowoduje to natychmiastowe wejście modelu w korkociąg. Generalnie modele latające w zakresie krytycznych liczb Re pomimo właściwej powierzchni stateczników i właściwego wyważenia zachowują sę niestatecznie, zwiększenie lub zmniejszenie prędkości modelu (przejście w inny obszar przepływu) powoduje, że "dolegliwości nagle ustają.
Pewnym lekarstwem na tego typu dolegliwości może być zastosowanie turbulatora (taki zabieg przesunie zakres krytyczny w stronę mniejszych liczb Re)
Turbulatory stosujemy również (i przede wszystkim) w celu polepszenia właściwości profilu w zakresie podkrytycznym

Turbulator to po prostu nitka lub inna "chropowatość) przyklejona blisko krawędzi natarcia skrzydła. Turbulator co prawda wprowadza dodatkowy opór powietrza, ale poprzez zaburzenie warstwy przyściennej powoduje zwiększenie jej energji i oderwanie strug powietrza następje dużo później, dzięki czemu symaryczny opór skrzydła się zmniejszy natomiast uzyskamy większą siłe nośną. (turbulatory stosujemy tylko w podkrytycznym zakresie liczb Re) Pewnym rodzajem turbulatora może być szorstka powierzchnia skrzydeł (np cellonowane pokrycie z bibułki japońskej)

c.d.n.

MARIUSZ

Poza profilem na właściwości lotne modelu ma bardzo duży wpływ jakość powierzchni skrzydeł (gładkość)
Generalnie im dokładniej odwzorowany profil i gładsze skrzydła tym lepiej, ale nie do końca. Jak już wcześniej wspomniałem w zakresie małych liczb Re pewne nierówności skrzydeł nie mają większego znaczenia a niewielka szorstkość powierzchni może być nawet pożądana.
Dopuszczalne nierówności powierzchni skrzydła pokazuje wykres poniżej.

Dla przykładu podam wyliczenie chropowatości skrzydła dla modelu slow - fly : Re = 70 x 4 x 180
Re = 50400, z wykresu odczytujemy L/K = ok. 0,00141
Dla cięciwy (L) 180 mm. K = 0.00141 x 180 = 0,2538 mm.
Dla tego typu modelu nierówności powierzchni poniżej 0,25mm nie mają wpływu na właściwości lotne. Inaczej jest z dużymi modelami, latającymi w wyższym przedziale Re , tutaj maksymalna chropowatość powierzchni nie powinna przekraczać tysięcznych części mm, co w warunkach modelarskich jest bardzo trudne do osiągnięcia.

Nie w każdym miejscu profilu musimy dbać o jak największą jakość powierzchni i odwzorowanie kształtu, w pewnych miejscach "dopieszczanie" skrzydła przyniesie niewielką poprawę jego właściwości.

Najważniejszą częścią profilu jest jego nosek i część grzbietowa do ok. 50 % cięciwy, tytaj każde niedociągnięcie poza dopuszczalną wartość wynikającą z poprzedniego wykresu w dużym stopniu odbije się na właściwościach lotnych, natomiast okolice krawędzi spływu i spodnia część profilu ma dużo mniejsze znaczenie na osiągi modelu.

c.d.n.

MARIUSZ

Klasyfikacja profili
Profile można sklasyfikować uwzględniając ich kształt geometryczny lub właściwości aerodynamiczne.
Klasyfikacja wg. kształtu profilu wygląda tak:

1- Płaska płytka (to też profil) stosujemy głównie do usterzeń prostszych modeli i do skrzydeł "depronów"
2- Wygięta płytka stosowany w skrzydłach prostych modeli swobodnie latających i modelach klasy "Slow-fly"
3- Profil wklęsło wypukły ("ptasi") stosowany w skrzydłach i usterzeniach modeli swobodnie latających i małych modelach R.C. Wszędzie tam gdzie zależy nam na uzyskany dużej siły nośnej. Profile takie dobrze spisują się w zakresie małych liczb Re.
4- Profil płasko wypukły Stosowany w prostych modelach R.C. (Trenerkach) szkolnych szybowcach R.C. Wszędzie tam gdzie nie zależy nam na bardzo dobrych właściwościach aerodynamicznych. Dzięki płaskiej spodniej części profilu budowa skrzydła jest znacznie uproszczona.
5- Profil dwu wypukły powszechnie stosowany w prawie wszystkich klasach modeli R.C. Wszędzie tam gdzie zależy nam na małym oporze aerodynamicznym.
6- Profil symetryczny, stosowany do skrzydeł modeli akrobacyjnych i do usterzeń.
7- Profil samostateczny, stosowany w latających skrzydłach. Skrzydło z takim profilem nie wymaga usterzenia, jednak właściwości aerodynamiczne takich profili są zdecydowanie gorsze i zazwyczaj nie rekompensują oporów szkodliwych pochodzących od usterzenia.

Klasyfikacja uwzględniająca właściwości aerodynamiczne.

Tu możemy wyodrębnić dwie grupy profili:
Profile turbulencyjne (kolor czerwony) profile takie charakteryzują się tym, że ich maksymalna grubość i ugięcie szkieletowej znajduje się w zakresie 20-45 % cięciwy profilu. Profile tego i o max. grubości do 10% dobrze się spisują w zakresie małych liczb Re. (Przy grubościach profili powyżej 10% w zakresie małych, Re aby uzyskać w miarę dobre właściwości powinno zastosować się turbulator)
Profile laminarne (kolor niebieski) Mają zdecydowanie lepsze właściwości w zakresie większych liczb Re (zakres nadkrytyczny), ale tylko pod warunkiem uzyskania idealnie gładkiej powierzchni skrzydła. Jeśli konstrukcja skrzydeł uniemożliwia bardzo dokładne odwzorowanie profilu i idealnej jakości powierzchni to bezpieczniej jest zastosować profil turbulencyjny.
c.d.n.

MARIUSZ

Charakterystyka prawdę Ci powie ...
Charakterystyki profili wyznacza się w tunelach aerodynamicznych na ich podstawie można odczytać wszystkie potrzebne dane do szczegółowych obliczeń aerodynamicznych modelu. Przeglądając i porównując je możemy wybrać najbardziej odpowiedni profil do naszego modelu.
Aktualnie przybliżone charakterystyki możemy wyznaczać przy pomocy specjalnych programów komputerowych.
Przykładowe charakterystyki dla profilu "płaskiej płytki" o grubości 2%

Charakterystyka Cz (współczynnik siły nośnej) w funkcji Cx (współczynnik oporu) wyznaczona dla trzech zakresów liczb Re.
Możemy z niej odczytać, że, minimalny współczynnik oporu (Cx) wynosi 0,019 dla Re 60000, natomiast maksymalny współczynnik siły nośnej (Cz) wynosi ok 0,65, poza tym możemy stwierdzić, że zmniejszenie liczby Re (zmniejszenie prędkości lub cięciwy skrzydła) poza nieznacznym zwiększeniem oporów w zakresie małych kątów natarcia nie przynosi innych objawów (cecha cienkich profili)

Charakterystyki Cz i Cx w funkcji kąta natarcia (alpha), na ich podstawie możemy odczytać współczynniki siły nośnej i oporu dla poszczególnych kątów natarcia skrzydła.

uzupełniające charakterystyki doskonałości profilu i współczynnika momentu pochylającego skrzydło (Cm) w funkcji kąta natarcia.
Wartość współczynnika Cm przydaje się przy określaniu wymiarów i ramienia usterzenia.

c.d.n.

SiS

Jesli chcialbym z depronu zrobic "ptasi" prfil, to czy moglby go uzyskac w nastepujacy sposob:
Majac do dyspozycji nagrubszy depron 6mm (ja taki mam nagubszy)
Wycinam cztery potencjalne skrzydla... i profiluje z nich luk na rurce... po czyl dwa z nich sklejam ze soba, i papierem sciernym profiluje sciarajac skrzydlo... ( chodzi raczej o koncowke)... i sadze ze powinno wyjsc... co wy na to??

MARIUSZ

Witam
Można to tak zrobić , choć to dość pracochłonne.

Do konstrukcji depronowych polecał bym profil typu "Jedleksy" (uproszczony)

Jego właściwości przy małych liczbach Re są niewiele gorsze od typowych profili wklęsło wypukłych.

Charakterystyki te są symulowane przy pomocy programu komputerowego dla wydłużenia skrzydeł = nieskończoność, tzn. nie uwzględniają oporów powietrza występujących na końcach skrzydeł.
pozdrawiam Mariusz

MARIUSZ

Teraz trochę na temat chyba najbardziej popularnego profilu ClarkY
Jet to typowy profil "lotniczy" bardzo chętnie stosowany przez modelarzy ze względu na płaski spód, co bardzo ułatwia konstrukcję skrzydeł.
Charakterystyki profilu o grubości 10% w zakresie Re 20000-80000:

jak widać z charakterystyk profil ma dość dobre parametry ale w zakresie Re powyżej 60000 (zakres nadkrytyczny) w okolicach Re 50000 znajduje się zakres krytyczny dla tego profilu (w tym zakresie można spodziewać się kłopotów z regulacją modelu) przy mniejszych Re przechodzimy w zakres podkrytyczny gdzie właściwości profilu są dużo gorsze.

pozostałe charakterystyki profilu:

Jeśli model z takim profilem ma latać w niższych zakresach Re należy zastosować tyrbulator, poniżej charakterystyki dla zakresu krytycznego i podkrytycznego:

Dla zakresu 50000 co prawda uzyskamy mniejsze Cz ale charakterystyka jest płynna co oznacza że nie będzie kłopotów z regulacją modelu, natomiast dla Re 30000 widać zdecydowną poprawę właściwości profilu.

Inaczej jest w zakresie większych Re tutaj zastosowanie turbulatora przynosi tylko wzrost oporów, jest to zakres Re w którym powierzchnia skrzydeł powinn być maksymalnie gładka.
c.d.n.

Grafi

No dobrze, bardzo dobry artykul, ale mimo wszystko mam 2 pytania Wesoly

Pierwsze dotyczy charakterystyki profilu Clark Y, a w sumie kazdego profilu, bo jesli chodzi o porownanie pod wzgledem mojego problemu to wszystkie profile sa takie same. Ale do rzeczy, jak to jest, ze dla jednej wartosci Cx sa dwie wartosci Cz z czego jedna jest ujemna ? a wogole jak sila nosna moze byc ujemna ?

i ilustracja do mojego problemu :

A drugie pytanie dotyczy interpretacji nieco bardziej skomplikowanych wykresow. Wzialem sobie charakterystyke profilu ag03 ktory jest zastosowany w modelu Apogee autorstwa M. Drelli. Co na tym wykresie swiadczy o tym, ze ten profil jest taki dobry do tego modelu? gdzie mozna znalezc odpowiedz na to co w nim jest takiego dobrego ?

Charakterystyka profilu ag03

MARIUSZ

Witam

SiS

Kidey nalezy uprofilowac stateczniki? I w jaki sposob

Diakon

Mam nadzieję, że Cię dobrze rozumiem... Wesoly

Statecznik powinien mieć profil płaskiej płytki, jeśli Ś.C. leży w 1/3 długości cięciwy skrzydła patrząc od dziobu (zakładając, iż statecznik ma odpowiednia powierzchnię względem skrzydła).
A powinien mieć profil nośny (np: Clark Y) wówczas, gdy Ś.C. powinien leżeć w 1/2 długości cięciwy skrzydła; tak jak to jest np: w Wicherku.

Tak przynajmniej to jakoś pisało w "ABC miniaturowego..." Wesoly

.

MARIUSZ

Witam
To co napisał Diakon to tak w dużym skrócie z bardzo dużym uproszczeniem.

Podstawowym zadaniem statecznika poziomego jest przeciwdziałanie momentowi pochylającemu skrzydła, w sposób zapewniający dla modelu wymagany zapas stateczności.
Rozróżniamy dwa rodzaje stateczników:
- statecznik z profilem symetrycznym (nie nośny), spełniający tylko rolę urządzenia ustateczniającego.
- statecznik nośny ( z profilem "nośnym"), który poza aspektem ustateczniającym wytwarza dodatkową siłę nośną, przez co zwiększa sumaryczną doskonałość modelu.

W najprostszych modelach profil statecznika to po prostu płaska płytka.
Jeśli zależy nam na zmniejszeniu oporów statecznika to wtedy stosujemy klasyczny profil symetryczny np w przypadku wyczynowych modeli szybowców R.C.
Natomiast profile nośne stosowane są głównie w przypadku wyczynowych modeli swobodnie latających np F1A, F1B, itd zazwyczaj są to profile płasko wypukłe o grubości 4-8 %

natomiast jeśli idzie o statecznik pionowy to stosuje się albo płaską płytkę , albo profil symetryczny (w bardziej wyrafinowanych modelach)

Jeśli idzie o wyliczanie środka ciężkości to opiszę to zagadnienie w innym temacie.

pozdrawiam Mariusz

mariolotnik

valery

profil niesymetryczny ma tez SG 2......Moze ktos mi wytlumaczyyc co daje profil na pionie?????

czaja18

Profil na pionie daje mniejsze opory niż płaska płytka