Написал небольшую программу по расчету надувных крыльев: вводится размах, площадь крыла и взлетная масса, а также диаметр и давление одного надувного лонжерона/трубы. На выходе программа выдает какое нужно количество таких труб, чтобы на данном крыле в полете надувные крылья не складывались, то есть держали размах.
Кто хочет, может побаловаться . Наибольшее значение имеет диаметр трубы и размах крыла, увеличивая первое и уменьшая второе, можно добиться что на крыле с размахом под 8 м для трехкратной перегрузки будет достаточно десятка надувных труб диаметром 25 см из лодочной ткани с обычным лодочным давлением около 0.3 атм.
Хорошо, вот продолжение. Или скорее тема для размышлений . Есть такая штука, называемая Tensairity. Если вкратце, то к баллону с одной стороны пришивается карман, в который вставляется жесткий элемент. Это может быть алюминиевый профиль прямоугольного сечения либо деревянный брусок. От его концов тросы спиралью обвивают баллон как на картинке:
Суть в том, что усилие от нагрузки передается через тросы на концы бруска, который работает на сжатие. А баллон в данном случае почти не участвует в держании нагрузки, а в основном преднатягивает троссы и распределяет усилие плавно по элементу, чтобы он не потерял устойчивость. Обычное давление в таких баллонах 150-300 мбар, то есть типичное лодочное или кайтовое. Материалы те же - ткань с ПВХ либо полиуретановым покрытием, плотностью от 300 г/м2 и до 1100 г/м2. Иногда используется чехол, а внутри баллон из полиуретановой пленки плотность от 36 до 75 г/м2 и выше. Все зависит от нагрузки, формулы для расчета необходимой ткани, прочности тросов и сечение жесткого элемента доступны в соотв. документах по этой теме.
Это можно сравнить с мостом, у которого есть вертикальные трубы с тросами-растяжками:
Но в отличие от моста, у которого усилие, при котором происходит потеря устойчивости, зависит от количества подпорок и длины пролета, то есть в конечном счете сопротивляемость изгибу такой балки сводится к потере устойчивости каждого элемента, в случае с надувной трубой этих "подпорок" бесконечное множество, а сами подпорки функционально заменяются давлением в баллоне. Что при правильном подборе тросов и жесткого элемента позволяет реализовать работу на изгиб без потери устойчивости даже при очень тонком и хиленьком жестком элементе.
В сумме это дает изгибную жесткость такого надувного баллона примерно в 10-100 (зависит от соотношения длины к диаметру баллона, в нашем случае этот показатель ближе к 10-15) раз лучше, чем просто накачанного воздухом. Или, другими словами, для одинаковой жесткости, можно использовать баллон в десять раз меньшего давления.
Вот картинка, наглядно показывающая разницу в жесткости одинаковых баллонов:
Причем жесткий элемент может быть составным, например из двухметровых отрезков профиля или деревянных брусков. Перед накачкой крыла нужно будет вставить его в карман по верхней поверхности одного-двух несущих надувных лонжеронов, что проще, чем через молнии лезть внутрь крыла для обычного лонжерона. Не говоря о том, что профиль из АД31 гораздо доступнее в продаже, чем трубы Д16Т больших диаметров.
Более того, можно использовать серию коротких деревянных брусков, скленных по одной стороне на тканевую ленту (а с другой желательно с наклеенными алюминиевыми пластинками). Такой элемент можно свернуть в бобину при транспортировке.
Такая лента из брусков при том же перемещении тестового баллона, которое было при нагрузке по центру 18 кг, увеличивает этот показатель до 60 кг. То есть как минимум в три раза, просто в этом конкретном эксперименте ограничивалось перемещение в 5 см, а не проводился до потери устойчивости.
Вообще, проведены разные эксперименты по подбору складных жестких элементов для этой цели. В том числе палаточных трубок с резинкой внутри, шланги с водой под давлением до 6-8 атм и прочее. Но вариант с брусками показал самый лучший вариант. Об этом и другом можно почитать в отчетах, которые прилагаются ниже.
Технологию можно еще улучшить, если применить веретенообразный баллон с двумя жесткими элементами - по верхней и по нижней грани. От тросов в этом случае можно отказаться, один элемент будет работать на сжатие, а противоположный на растяжение. Для крыла такая схема предпочтительнее, потому что одинаково хорошо работает на положительных и отрицательных нагрузках. Да и форма баллона с сужением к концам тоже лучше вписывается в крыло. Но сложнее в производстве.
Баллон на фото, длиной 5 метров, с максимальным диаметром в центре 0.5 м из ткани 310 г/м2 и баллоном внутри из тонкой полиуретановой пленки, держащей воздух, с алюминиевым элементом прямоугольного сечения 30х10 мм (толщина стенки правда не указана) и внутренним давлением всего 150 мбар, при сосредоточенной нагрузке в центре пролета 100 кг, прогибается всего на 3-5 см. Причем по большей части из-за сжатия баллона, а не из-за его изгиба.
Собственно, уже из этого понятно, что два-три надувных лонжерона по такой технологии будут способны нести крыло ультралайта. Причем из обычных лодочных тканей и давлением не более 300 мбар. Остальную часть крыла можно сделать с наддувом как на вупи, либо просто с натягом ткани. Либо из надувных баллонов, но без жестких элементов.
Для заинтересовавшихся и дальнейшего увлекательного чтения предлагаю небольшую подборку PDF'ок с отчетам по данной теме. Там же есть формулы для расчета и другие интересные вещи, например эксперименты пj замене жесткого элемента трубкой с водой под большгим давлением (исходя из того, что вода несжимаемый материал):
И если говорить об авиационном примерении этого принципа, то существует вот такой аппарат. Площадь 11 м2, размах 8 м. Рассчитан на рабочую нагрузку 100 кг. Практически полноценный надувной дельтаплан весом в 2.5 кг. Если не сравнивать аэродинамическое качество, конечно
На самом деле это кайт, предназначенный для больших высот (до нескольких километров), поэтому такая большая рабочая нагрузка. Сделан по технологии Tensairity, то есть с алюминиевыми вставками в карманы на баллонах.
Что в нем хорошего, так это нормальная форма крыла для полета, хоть и похоже на первый взгля на перевернутый обычный кайт. Он вообще кажется имеет одностропный центральный подвес, как дельтапланерист под крылом. Но точно не уверен, где-то было упоминание о дополнительной строповке.
На испытательном стенде, правда нагрузка не указана.
К сожалению, у нас надувными крыльями вроде никто не занимается. А жаль. В этом чувствуется потенциал. Учитывая, сколько народу (парапланеристы и дельтапланеристы) летают с постоянной готовностью бросить запаску, то думаю вероятность что крыло сдуется в полете, для них (нас) не будет являться большой психологической проблемой. А плюсы по компактности и простоте подготовки (накачке без сборки труб) и так очевидны. С пленкой в качестве баллонов это вдобавок может быть вдобавок и очень бюджетно. Если не самое бюджетное, что только можно придумать
Сделал трапецию и растяжки от нее до 55% размаха. Как потеплеет немного, надо будет искать расчищенную площадку с небольшим уклоном, чтобы побегать и слегка нагрузить крыло.
Профиль за основу взят с сайта про вупи и модифицировался виртуальными продувками в XFLR5. В итоге получилось вот что. Макс. Cm=0.13 на 10 градусах, макс. аэродинамическое качество тоже на 10 градусах. Это будет балансировочный угол атаки. Для увеличения скорости предполагается уменьшать угол атаки до примерно 5 градусов, не ниже (обычная практика на параплано-подобных куполах). При брошенной ручке будет возвращаться обратно на 9-10 градусов. Постоянного контроля тангажа или скорости аппарат не требует, в этом он ближе к параплану. Толщина профиля 20% на центроплане и 18% на ушах. Сейчас я наверно поставил бы другой профиль, но когда проектировал, то решил не отходить далеко от оригинала, так как он по крайней мере летает.
Также будет система триммирования (регулируемая перегородка между ремнями подвеса и трапецией), позволяющая на земле уменьшать или увеличить установочный угол атаки. предыдущая практика полетов на самодельном параплане-спидглайдере (см. http://www.youtube.com/watch?v=qNMMhrxsD28) показала, что возможность триммирования под условия полета (разный ветер и условия старта) очень полезна, особенно на этапе отлаживания.
Вообще, на скриншоте ниже можно оценить насколько отличаются профили, перерисованные с имевшейся картинки плохого качества. То есть это два профиля, сделанные независимо друг от друга. Как видно, погрешность плавности линий не очень большая. Я продувал и другие профили: NACA23112, MH93, модифицированный MH92 с тонким хвостом, но в итоге остановился на близком к оригиналу. Из-за высокого Cm и хорошей компоновки с формой крылы и лонжероном.
На предуыдущем куполе (см. видео выше) я тоже пользовался XFLR5 для подбора профиля. Там еще требовалось очень точно найти положение и размер воздухозаборников, чтобы точка разделения потока попадала в них на всем диапазоне летных углов (это примерно от 3 до 15 градусов). Результаты на реальном аппарате полностью совпали с расчетами и продувками, воздухозаборники отрабатывают свою задачу идеально. Поэтому думаю что XFLR5 для этих чисел рейнольдса вроде как нормально считает.
Я не знаю. Но кажется, в россии в этом году появился на каком-то из горнолыжных курортов woopyjump (версия поменьше) и даже кажется на нем предлагают обучение. Но координат у меня нет. А, вспомнил, случайно видел ролик на youtube с русскоговорящим комментатором! Поищите поиском.
Добрый вечер
1. Огромное спасибо за подробный ответ
2. причитал ветку о вашем самодельном аппарате
я несколько в шоке с одной стороны грандиозно
придумал, сшил, полетел, с другой Рискованно очень рискованно
3. Нашел ролик http://www.sportcomfort.ru/ Весит 70 Мб
Снимали в Подмосковье таскали за снегоходом
Информации мало
На сайте магазин на запрос купить Woopy
Выдает надувные санки
4.Интересно Ваш проект коммерчиский или «HOBBY»
С уважением Александр
не все так плохо из http://sportcomfort.ru/
ответили на письмо
Здравствуйте Александр ! Цена woopy в Москве 220000руб
срок поставки--15 рабочих дней.для приобретения крыла woopy нужно
иметь летный сертификат ( самолет, дельтаплан, параплан)или пройти 3 х
дневный курс обучения. Woopy! Стоимость обучения 30000руб при покупке
своего woopy после обучения скидка в размере половины цены за
обучение!!!
Вот такой бюджетный аппаратик получается
C уважением Александр
Кто не рискует, тот не пьет шампанского . Да ладно, я шучу. Я долго таскал его на земле и сделал около 200-300 прыгов с 30 метровой горки для наработки статистики, прежде чем совершил первый полноценный полет с мотором. Так что не все так плохо, просто основная работа по доводке и испытаниям осталась за кадром. Главным же доводом к началу полетов стало почти идеальное соответствие реальных характеристик крыла (скорость отрыва, балансировочная скорость и диапазон триммеров) расчетным. Если бы это было не так, то я даже не стал бы пробовать, а пустил крыло на кайты.
Да, кажется его и видел. Пишут, что можно попробовать в двух лыжных парках. Хотя про мембранные технологии мужик слегка загнул, там обычный парапланерный skytex около 45 г/м2, насколько я знаю. Но глядя на их видео буксировки вупиджампа за снегоходом на коротком тросе, меня чуть не прошиб холодный пот. Интересно, они хоть слышали о локауте? Не спасет ведь автостабильный профиль. Хорошо что хоть работали с отцепкой. Но если у оператора нет резервной возможности отрубить трос, то даже ее может оказаться недостаточно.
Разумеется, хобби. Но с прицелом применить эту технологию гибридного крыла (лонжерон+наддув) именно для моторного полета. Текущая компоновка выбрана исключительно для удобства тестов в безмоторном варианте (с горки и потом с москито). А ведь его можно применять и как самолетное крыло. По некоторым расчетам, это целесообразно делать на скоростях до 80 км/час. Хотя в спирали тот же параплан развивает более 100 км/час, да и свуперские парашютики тоже разгоняются далеко за сотню.
В любом случае, такое крыло можно поставить даже на что-то вроде http://www.pouchel.com/, там размах основного крыла всего 6 м, а второго еще меньше - 4 м. Что уменьшает требования к лонжерону.
Здесь, на мой взгляд, еще большое поле для исследований. Правда возникает вопрос - а летать-то когда? За то время, что вожусь с этой штукой, включая поиск материалов, расчеты, неуверенность а стоит ли это делать, изучение других схем, мог бы уже сшить пару парапланов и давно летать. Не говоря о том, чтобы купить готовый. Но все равно интересно. Как говорится, опыт не бывает отрицательным
Уверяю вас, в размерности woopyjump по материалам можно уложиться в 100 долларов и неделю, максимум две работы (в основном, по печати шаблонов, резке ткани и пошиву). Там ведь нет требований использовать именно парапланерную суперлегкую ткань по 10 долларов за метр, обычная рипстоп таффета по полтора доллара за метр прекрасно подойдет, как по прочности, так и по воздухопроницаемости. Разница в весе будет около килограмма, которая на летные свойства абсолютно никака не влияет. В отличие от параплана. Строп как таковых там тоже нет, на растяжку в полкрыла можно использовать стальной тросик либо обычную полиамидную веревку 6-8 мм диаметром из альпинистского магазина. Тонкая веревка из кевлара или дайнемы как парапланах, тут тоже роли не играет.
Ребята, Молодцы!!!!, самого эта тема будоражит , и уже давно!, но руки не доходили, и материалознавство гуляло, а летать и без мотора у меня есть где (парапланы, дельтапланы) Карпатский регион однако! Жду в гости!
Я тут еще параллельно занимаюсь вот таким проектом:
Отличительной чертой является продольный крой (швы вдоль всего размаха), что значительно упрощает пошив по сравнению с парапланом. Давно хотел попробовать такую конструкцию, только руки не доходили
Предполагается, что в отверстия можно вставить кайтовые баллоны с давлением 0.3-0.4 атм, которые будут растягивать верхнюю и нижнюю шкуры и это даст довольно гладкую поверхность без матрасности. Потом в случае необходимости можно добавить к ним жесткие элементы по принципу Tensairity. Либо увеличивать высоту стропления.
Сейчас заканчиваю пошив. Размах 8.5 м, хорда 1.5 м, профиль модифицированный вупи, с целью небольшого снижения Cm (среднее между вупи и биоником на спидглайдере). Крыло прямое пока ради упрощения разметки и пошива, но в принципе ему можно задать стреловидность с постоянной хордой (самый простой вариант) и получить что-то вроде надувного kasperwing, либо с сужением и уменьшением толщины профиля к концам крыла. Что как бы лучше с точки зрения аэродинамики, но сложнее в разметке, да и баллоны пришлось бы делать конусовидные. А так будут просто надувные трубы постоянного сечения.
Добрый вечер
1.Поговорил с пилотом по телефону
Вообшем «есть вещи, которые надо делать самому даже при наличии большого коллектива» Надо пробовать самому
2. Вы пишите что «Сейчас я наверно поставил бы другой профиль» какой и почему?
3. После прошивки обрабатываете швы для герметичности или турбин хватает
4. Приглядывался к ткани (пароизаляция) цена действительно завораживает
Спасибо за ответы и ценную информацию
С уважением Александр
P.S. А классическую схему не рассматривали
Премое красивое крыло с хорошим удлинением
Фюзеляж труба или около
Оперение на длинном рычаге «Т» - образное
И качество 21.8
Сложно сказать... Имхо, оригинальный профиль имеет завышенные автостабильные качества (согласно продувкам в XFoil). Можно ставить что-то вроде NACA23112, который используют другие самолеты с подобной летной схемой (spratt103, pouchel и т.д.) или профиль с толстым лобиком и загнутым вверх хвостом как ставят на моторных парапланах. Их аэродинамическое качество явно выше при достаточной S-образности. Но тут надо еще считать и подбирать.
Нуу... рабочий самолет я из нее делать все же не стал бы, а вот на прототип вполне годится! 1300 руб за 75 м2, это примерно по 17.3 рубля за м2 непродуваемой ткани, при прочности на разрыв, сравнимой с парапланерной тканью.
В свободной продаже есть корейская рипстоп таффета плотностью 65 гм2, которая конечно потяжелее парапланерной ткани (часто используемый гельвенор, например, был 55 г/м2, но сейчас почти все ставят skytex 45 г/м2), но прочность на разрыв и воздухонепроницаемость имеет абсолютно такую же. Ее доволньо часто используют на самодельных бюджетных кайтах. Ничего так, летают, хоть и похуже фирменных из-за большего веса. Стоит примерно по 50 руб/м2, что на крыло площадью 18 м2 потребует около ста долларов.
Хотя если придумать простую технологию пошива, например прямоугольное крыло без сужения, то наверно можно использовать как рабочий вариант и гидроизоляцию, и менять каждый сезон. У меня нет данных по ресурсу такой пленки. Но при частых перегибах, например если потеребить в руках, она начинает дуться, пропускать воздух. Кстати, я нашел два варианта: 95 г/м2 серая и 80 г/м2 зеленая. Серая однозначно лучше, хотя разница в весе незначительная.
Ха! Изначально была только одна цель: сшить, надуть и посмотреть работает ли это вообще . Не пропускает ли воздух на такой площади, держит ли крыло форму.
Теперь же, когда оказалось, что это действительно работает, то можно подумать... Потому что по фото и видео этого нельзя было с уверенностью утверждать. Судя по статьям, у вупи были какие-то навороченные специально разработанные турбинки, которые своими силами не сделать. Оказалось же, что пары обычных фенов вполне достаточно (либо авиамодельных импеллеров). Профиль тоже был неизвестен, то есть все это требовало экспериментальной проверки на прототипе, прежде чем что-то делать.
А сейчас да, я прикидываю разные варианты компоновки в виде самолета. Но все что вырисовывается, ненамного проще классического крыла трубколета. Экономия только в одном лишнем лонжероне, и все. Учитывая, что единственный лонжерон должен быть прочнее и, следовательно, подходящую трубу будет сложнее найти в продаже, то еще неизвестно, будет ли экономия даже в этом.
Имхо, нужно искать компоновку, которая будет использовать преимущества такой конструкции. Пока к однозначному выводу в этом вопросе не пришел.
Ага, а что делать с "парапланерной" матрасностью? Красивого гладкого крыла по такой технологии не получается. Кроме того, при большом удлинении растет количество секций, а это большой геморой при пошиве. Я сейчас проверяю идею с продольными швами и двойной оболочкой, см. рисунки выше. Если получится, то это могло бы решить проблему пошива и матрасности. Но там может быть загвоздка в меньшей жесткости крыла вдоль хорды, надо проверять экспериментально. Никто парапланов и парашютов с таким кроем почему-то не делает.
На данном этапе шить прямоугольное крыло с продольными швами мне больше понравилось. Не нужны шаблоны, все размечается сразу на ткани, так как крыло состоит из отдельных полосок одинаковой ширины. Нет поверхностей двойной кривизны, поэтому можно не резать каждую секцию, а использовать большие куски ткани в размер полотна из рулона. Хотя общая длина швов осталась примерно одинаковой, так что от 10-12 часов работы за швейной машинкой никуда не деться. Но из-за удобства ровных швов, это на треть быстрее, чем в оригинале. С учетом отсутствия бумажных шаблонов для выкроек, в сумме это дает примерно двухкратный выигрыш по времени изготовления крыла. Это очень много, 30 часов кропотливой работы или 15 большая разница.
. Наибольшее значение имеет диаметр трубы и размах крыла, увеличивая первое и уменьшая второе, можно добиться что на крыле с размахом под 8 м для трехкратной перегрузки будет достаточно десятка надувных труб диаметром 25 см из лодочной ткани с обычным лодочным давлением около 0.3 атм.
