Самолет Болдырева (с колеблющимся предкрылком)

ВВП

Конструктор
  Нет, Хенрик, я сейчас занят другим делом (пневматичкой). Пока не до г. Сорокодума.
 
D

DesertEagle

Написал программу для расчета предкрылка Болдырева по формулам, которые были здесь опубликованы парой страниц выше. Самое главное в ней - возможность оптимизации, подбора частоты и амплитуды колебания, при которых потребляемая мощность будет минимальной.

Скачать "Veer_0.1.zip"


Для работы надо открыть файл в Блокноте windows, задать в переменных геометрию предкрылка (хорду, длину, частоту колебаний и т.д.), потом сохранить файл и запустить двойным кликом мышки. Появится окно с результатами расчета. Подробнаяя инструкция в самом файле.


KAA, у меня результаты расчетов совпали с расчетами lav, получается довольно близко к результатам опытов, которые опубликованы на пред. страницах этой ветки. Угол надо брать полный, то есть если амплитуда +-8.5 градусов, итого получается 8.5*2=17 градусов. С остальным все просто, я специально проверил размерность формул - для тяги получается кг*рад/м. Радианы убираем как безразмерную величину, умножаем на длину предкрылка и выходит нормальная тяга в кг.
 

KAA

Ненавижу Солидворкс!
@ DesertEagle

Благодарю!
После праздника попробую посчитать. Заодно сравню стем,что мы намерили. Статическая тяга у меня сходится с расчётом по формуле Болдырева. Но не помню,что расчитывал lav?
 
D

DesertEagle

Я об этом:


то для опыта "А" получаем тягу и мощность соответственно : 0,412кг ,0,14л.с.(опытные значения 0,52кг и 0,17л.с
Странно... Я Размеры брал в м,плотность 0,125 кг*с2/м4,угловая амплитуда-0,148 рад,и пересчитывал на данный размах,но получалось совсем другое 
У меня результаты сошлись с lav


Статическая тяга у меня сходится с расчётом по формуле Болдырева. 
А, ну значит все ок, тогда проехали :)
 
D

DesertEagle

А кто-нибудь пытался прикинуть/посчитать вариант превмопривода для предкрылка болдырева? В фюзеляже стоит ДВС, крутит компрессор. По трубкам, проложенным в крыле, сжатый воздух поступает на двухходовые пневмоцилиндры, расположенные вдоль размаха каждые 0.5 м или около того.

В такой схеме мне видятся два больших плюса: во-первых, можно на лету регулировать ход штока и, соответственно, амплитуду колебаний, в отличие от кривошипно-шатунного механизма.

А во-вторых, при правильном управлении в пневмоцилиндрах теоретически можно использовать такой трюк: если прекращать подводить мощность чуть раньше, чем предкрылок достигает крайних положений, то он будет тормозиться и отбрасываться назад за счет упругих свойств воздуха. Что снимает проблему инерционных нагрузок, особенно на предкрылках с большой хордой. Плюс распределенная нагрузка от нескольких пневмоцилиндров, по идее все это может позволить сделать простую легкую конструкцию привода: поддерживающие ось предкрылка балки вывести как продолжение нескольких силовых нервюр, на них же закрепить цилиндры, а также вдоль этих балок провести шланги в крыло. Вот, собственно, и вся конструкция...

Правда для этого скорее всего понадобится датчик положения, но на некоторых пневмоцилиндрах опционально на поршень устанавливается магнитное кольцо, а положение считывается герконовыми датчиками.

Впрочем, можно еще больше упростить схему. Большинство, если не все, пневмоцилиндры штатно имеют встроенные демферы для исключения ударов поршня о крышку. Это либо резиновый демфер, либо пневматический с таким же принципом, как описан выше. Причем работающий автоматически. Более того, некоторые из них регулируемые. Так что если нагрузки от предкрылка будут укладываться в рабочий диапазон для этих демпферов, то проблема торможения предкрылка в крайних точках решается автоматически за счет конструкции цилиндров.

Посчитать бы еще потери в магистрали и существуют ли подходящие автономные компрессоры нужной производительности... В каком-то смысле такая схема мне нравится даже больше, чем ряд электромоторов 500-1000 Вт с шатунами, так же расположенные равномерно вдоль крыла. Впрочем, в этом случае тоже ничто не мешает уменьшать подводимую мощность немного раньше достижения предкрылком крайних положений, а в точках упора поставить элементарные резинки вроде сайлент-блоков, от которых предкрылок будет упруго отскакивать.
 

rukan2012

Я люблю авиацию!
Откуда
Беларусь
Позвольте вставить свои 5 копеек.Для источника давления возможно использовать свободнопоршневой газогенератор(СПГГ),собранный из узлов серийных двигателей.Конечно,потребуется расчёт и серьёзная конструкторская доработка,но потом,в эксплуатации,возможно и окупится,учитывая отсутствие вращающихся деталей и связанных с КШМ трений и пр.
 
D

DesertEagle

Вторая версия программы для расчета предкрылка Болдырева. Добавлен расчет Cx,Cy основного крыла с учетом обдува и значительно расширен блок оптимизации. Теперь можно подбирать геометрические параметры предкрылка и основного крыла, используя разные условия (например мощность должна быть от 5 до 10 л.с., скорость полета от 10 до 15 м/с и т.д.). Оптимизацию можно делать по нескольким критериям: по минимальной потребляемой мощности, максимальной Cy крыла, максимальной тяге, макс. КПД, минимальной частоте колебаний и т.д. Отдельно для предкрылка как веера и совместно с неподвижным крылом.

Пока расчет идет тупо полным перебором всех вариантов, никакие методы ускорения расчета типа градиентных не используются (хотя они тут напрашиваются, может добавлю в будущем). Все формулы взяты из методички "А.И.Болдырев. Основы теории".

Так что теперь по этой программе можно например найти оптимальную геометрию для самолета, если известен его вес и мощность мотора (или например приблизительно рассчитать мускулолет с предкрылком). Или если известна геометрия, то подобрать амплитуду и частоту колебаний, а так же скорость полета, при которых потребляемая мощность будет минимальной при обеспечении необходимой тяги. Ну и все в таком же духе.

Скачать "Veer_0.2.zip"

Если коротко, то в результате оптимизации обычно выгоднее всего иметь небольшой угол колебаний и большую частоту. Что и логично, исходя из физики процесса. А если критерием выступает минимальная потребляемая мощность, то как правило расчет выбирает такие условия работы, при которых кпд получается максимальным (0.75-0.76).

P.S. Я не очень вникал в вывод формул болдыревым, взял готовые. Но там есть несколько спорных моментов, часть формул выводится аналитически, другая использует известные эмпрические зависимости из общей аэродинамики (например, в формуле Cx слагаемое индуктивного сопротивления рассчитывает через коэфф. Cy и удлинение). Честно говоря, было бы неплохо разработать альтернативный полностью численный метод расчета, в точности болдыревского есть некоторые сомнения. Хотя для предварительного оценочного расчета, он конечно сойдет.
 

KAA

Ненавижу Солидворкс!
кто-нибудь пытался прикинуть/посчитать вариант превмопривода для предкрылка болдырева? В фюзеляже стоит ДВС, крутит компрессор. По трубкам, проложенным в крыле, сжатый воздух поступает на двухходовые пневмоцилиндры, расположенные вдоль размаха каждые 0.5 м или около того. 
А как же! Но мысль сия была отброшена по ряду причин:
1) линейная скорость перемещения поршня в цилиндре весьма ограничена
2) Впуск/выпуск воздуха не могут осуществляться с требуемой частотой.
Эти заключения базируются на возможностях пневмооборудования "Камоцци" (что было под рукой),с учётом необходимости обеспечения частоты 60-80 Гц.
Ну, и пока что КШМ лично мне не доставлял хлопот при работе.
 

argentavis

Я люблю строить махолёты!
Доброго времени суток, конструктора-изобретатели. Работы сделано много, а результаты пока не впечатляют, но это нормально. Всё в счёт опыта, и в угоду упрямого не желания учиться у природы.

Желание получить компактный, эффективный, безопасный, надёжный (расположено в порядке приоритетов на данный момент, но в реальном аппарате само собой наоборот) движитель понятно.
Опора на исследования предшественников, правильно, но в первую очередь как информация к размышлению для более полного понимания картины реализуемого процесса. Необходимо больше уделить времени для анализа, для того, чтобы в голове сложилась своя более полная картина.

Понятно, что на высококлассную скоростную видеоаппаратуру, нужна уйма  денюх, поэтому эту картину нужно рисовать самому, умозрительно опираясь на гипотезы и предположения проверяя их практическими экспериментами, так как это делали всегда все исследователи.

Позвольте уж и мне положить в эту копилку и мои пять копеек, как выразился rukan2012.

Веерный мах, который вы уважаемый KAA пытаетесь реализовать характеризуется в первую очередь упругой задней кромкой.
Сразу совет: пришейте капроновыми нитками с эпоксидным клеем через предварительно просверленые отверстия на расстоянии 5мм диаметром 1-0.8 мм 5мм от края кромки,  полоски от пластиковой бутылки шириной 30мм и вы удивитесь результатам. Если будут задевать за крыло ничего страшного не произойдёт. Воздушная подушка в зазоре смягчит удар.

Теперь обоснование.
Сравним то что у вас сделано, и то что я предлагаю.
Мысленный эксперимент первый. Утрированый для наглядности.

Плоская жесткая пластинка колеблется на шарнире установленом на одной из сторон, которая будет считаться передней кромкой. Пусть передняя кромка с шарниром в верху, задняя внизу. Угол маха 90 градусов. Омахиваемой площадью здесь будет считаться площадь омахиваемая задней кромкой по описываемой дуге. Здесь скорости движения на максимуме и воздействие пластины на прилегающие слои воздуха максимально. При движении задней кромки (ЗК) угла атаки нет. Пластина движется перпендикулярно направлению движения.

Мысленно уменьшаемся до размеров молекул, прицепляемся на самый торец кромки и качаемся как на качелях. Что происходит. Поворачиваем пластину в крайнее, допустим правое, положение и начинаем движение. Слева от кромки видим уплотнёный воздух который своим моментом инерции оказывает сопротивление пластине создавая некоторое давление в этой зоне которая распространяется вверх, выше середины пластины и влево перпендикулярно её плоскости примерно на такое же расстояние. Справа уходящая от слоёв воздуха пластина, создаёт разрежение в такой же области, опять же благодаря моменту инерции прилегающих слоёв.

Перепад давления создаёт мощную звуковую волну, поскольку перпендикулярно воздействует на воздух (как диффузор в звуковой колонке) и вызывает быстрое перетекание воздуха из зоны повышеного давления в зону пониженого, через острую кромку. Находящиеся на против кромки слои, тоже благодаря инерции не хотят подвигаться и поджимают поток перетекания, которому приходится ускоряться тем самым увеличивая сопротивление. Этот поток имея перпендикулярное направление относительно плоскости кромки порождает за кромкой присоединённый вихрь, который увлекая за собой большие (относительно) массы воздуха,  аккумулирует в себе кинетическую энергию.
Каплевидная форма пластины в данном случае почти ничего не даёт.

Поскольку кромка движется по дуге, здесь присутствует и центробежная сила, которая начинает оттягивать этот вихрь за заднюю кромку и в какой то момент отрывает его и он уходит вниз с относительно небольшой скоростью, потому, что центробежная сила не на столько велика, чтобы дать ему большое ускорение, а скорость перетекания воздуха и кинетическая энергия потока в этой зоне высока, но её всю слопал вихрь.  На его месте возникает новый, и так пока ЗК не остановится в другой крайней точке и не начнёт движение в обратную сторону. Привод испытывает большее сопротивление от сил инерции пластины и от создания звуковых волн, чем от создания направленого воздушного потока.

Мысленный эксперимент второй.
Всё тоже самое, но пластина упругая, изгибающаяся под действующим давлением и создающая на задней кромке угол атаки около 45 град.

Под действием привода и сопротивления воздуха плоскость пластины изгибается дугой и на её сторонах так же образуются зоны повышеного и пониженого давления, но здесь на ЗК при угле атаки 45 град. происходит сдвиг пластины относительно слоёв, и на задней кромке в зоне повышеного давления образуется скоростной поток направленный параллельно плоскости пластины  в этой зоне.

Он срываясь с кромки эжектирует воздух из зоны пониженого давления за кромкой и увеличивает разрежение на тыльной стороне пластины, вынуждая большие массы воздуха вовлекаться в это движение и получается мощный поток с хорошей кинетической энергией. Пластина испытывает большее сопротивление на мах, от воздействия на воздух, чем в случае с жесткой пластиной. Амплитуда звуковых волн мала  Это говорит о том что энергия привода хорошо преобразуется в кинетическую энергию потока.

PS. Есть мнение, что шумность устройства это один из показателей его качества. Шум и вибрации (благодаря которым стол уверенно двигался по полу) говорит о том что энергия привода в основном и уходит на  этот шум и вибрации. Поэтому и видна граница(как выразился  г. Лапшин) существования конструкции. Преобразование в кинетическую энергию потока происходит неэффективно. :IMHO
 

argentavis

Я люблю строить махолёты!
Для КАА.
Если будете пришивать полоски от пластиковой бутылки, пришивайте выпуклостью наверх используя имеющийся радиус закругления бутылки. То есть резать бутылку нужно вдоль. И ничего что кромка получится не сплошной. Это даже лучше. Уголки можно и закруглить. Работать будет тише.
 

KAA

Ненавижу Солидворкс!
Мысленный эксперимент первый. Утрированый для наглядности.
Представляется вполне логичным,я примерно так и полагал.
Мысленный эксперимент второй.
Всё тоже самое, но пластина упругая, изгибающаяся под действующим давлением и создающая на задней кромке угол атаки около 45 град.
происходит сдвиг пластины относительно слоёв, и на задней кромке в зоне повышеного давления образуется скоростной поток направленный параллельно плоскости пластиныв этой зоне.

Он срываясь с кромки эжектирует воздух из зоны пониженого давления за кромкой и увеличивает разрежение на тыльной стороне пластины, вынуждая большие массы воздуха вовлекаться в это движение и получается мощный поток с хорошей кинетической энергией.
Т.е. вы полагаете,что в данном случае,вихри в конечных точках траектории не образуются? :-?
Есть мнение, что шумность устройства это один из показателей его качества.
Идиотское мнение,и я его не разделяю!
Если будут задевать за крыло ничего страшного не произойдёт. Воздушная подушка в зазоре смягчит удар.
Я,как "правоверный" самолётчик ;D, не могу себе представить жизнеспособной конструкции,когда кромка предкрылка хлещет по носку крыла. Поэтому, такой вариант исключаю.Можно,конечно попробоватьреализовать веерный мах с упругой задней кромкой,не достающей до носка крыла при любых условиях,однако есть основания отвращающие меня от этой идеи.
1-й вариант предкрылка,показанный выше на фото,имел достаточно гибкую конструкцию,в которой обшивки изрядно деформировались при работе,и при частоте >25 Гц весь зазор (7 мм) у конца предкрылка выбирался. При работе системы шум стоял изрядный. Вкупе с трубой-107 дБ (при 30 Гц)! :eek:
Это ставило под вопрос целесообразность работы с системой вообще! После замены конструкции предкрылка на другую,со сплошным пенопластовым заполнителем внутри, грохот сменился мощным низкочастотным гулом,и уровень шума снизился до 90 дБ. Т.е. реальная картина образования шума не совпадает с вашим представлением!
Сразу совет: пришейте капроновыми нитками с эпоксидным клеем через предварительно просверленые отверстия на расстоянии 5мм диаметром 1-0.8 мм 5мм от края кромки,полоски от пластиковой бутылки шириной 30мм и вы удивитесь результатам.
Вот так бы я не делал точно, а отформовал бы соответствующие обшивки переменной толщины из углепластика. Ибо в данном случае, набирается лишняя масса за счёт ниток и клея,а на хвостовике предкрылка,каждый грамм на счету,потому как его надо будет сбалансировать вдесятеро бОльшим грузом,на вдесятеро меньшем плече! ;)
 

KAA

Ненавижу Солидворкс!
@ DesertEagle

Угол надо брать полный, то есть если амплитуда +-8.5 градусов, итого получается 8.5*2=17 градусов. 
Это неверно! Нужно брать амплитуду,иначе не сходится с опытами Болдырева никак! И с моими,тоже!
 
Вверх