Самолет Болдырева (с колеблющимся предкрылком)

[DesertEagle]

что механизм взаимодействия здесь другой, особенно на малых скоростях: если не вдаваться в вихревые дебри то воздух, имея инерцию и массу взаимодействует с предкрылком

Симуляции методом конечных элементов как раз и основаны на этом принципе. Пространство разбивается на маленькие участки, между которыми переносится масса. А задача алгоритма всего лишь сделать этот перенос между ячейками плавным, непрерывным. Для чего компьютер решает специальную систему уравнений. Поэтому аэродинамические силы в CFD пакетах определяются в основном как передача импульса крылу от частичек воздуха. Но при этом кусочки воздуха имеют свою массу и вязкость, поэтому пролетают по инерции и "трутся" друг о друга. Это дает завихрения, срывающиеся вихри и все такое. И конечно где скорость больше, там падает давление и все это учитывается.

Но отсюда вытекает главная проблема любого CFD алгоритма - определение точки срыва. Собственно, эта задача не изменилась с начала прошлого века, просто раньше она находилась другими способами (аналитическими и эмпирическими). А сделать это сложно, ведь трехмерная модель не абсолютно идентична реальному объекту. Шероховатость поверхности, элементарные объемы в расчете намного превышают размеры отдельных молекул воздуха, все это вносит погрешности. Поэтому добиться полной физической достоверности на данный момент невозможно. Такова уж специфика, это ведь во многом математическая абстракция. Но тем не менее результаты такого расчета весьма близки к реальности. При правильной настройке алгоритма и хорошей детализации.

Именно статическую и имеет смысл в 1 очередь

Для медленно машущего большого веера не проще сделать натурный стенд? Приводить его хотя бы от мускульной силы, все таки 300 Вт это на уровне моторчиков многих лабораторных стендов. Конечно встанет вопрос о дальнейшем масштабировании, но и такой вариант даст ясность, например в сравнении с винтом с равной нагрузкой на ометаемую площадь.

 

[KV1237542]

Симуляции методом конечных элементов как раз и основаны на этом принципе. 

Да, я в этом не понимаю ничего, надо подождать для начала результатов КАА

 

[KAA]

Потребляемые мощности при V=0 и V=10м/с, практически не отличались. Вот график.

 

[KV1237542]

Потребляемые мощности при V=0 и V=10м/с, практически не отличались. Вот график.

Спасибо за график. Данные по мощности расходятся с симуляцией в 3-4 раза, если правильно понял?

Логически - выше мощность - выше сила сопротивления - выше ее проекция на биссектриссу - т.е. тяга

А что с тягой (хотя здесь сложнее угол наклона предкрылка немного не тот)?

График похож на аналогичный Болдырева, а с расчетами по его формулам как, сходиться?

Долезу до екселя и сам посмотрю то же. (Насколько я помню в формулах амплитуда - 1/2 угла т.е. в этом случае 12,5 град)

 

[DesertEagle]

Потребляемые мощности при V=0 и V=10м/с, практически не отличались. Вот график

Мда, в три-четыре раза выше, чем получилось в симуляции. Это потребляемая мощность двигателем, имеющим кпд около 80%? Итого на 30 Гц потребляемая мощность предкрылком была около 80 Вт. А теперь вопрос, как из этой мощности выделить ту, которая шла на борьбу с инерцией, ведь на каждом цикле предкрылок нужно остановить, преодолевая инерцию, и снова ускорить в обратную сторону? И каковы были потери в КШМ. Симуляция показывает чистую аэродинамическую мощность от давления воздуха на предкрылок, без учета инерции предкрылка.

Навскидку вот здесь нашлась фраза:

Следовательно, в КШМ теоретически теряется примерно 40% крутящего момента, а значит, и мощности, которую можно реализовать путем применения более эффективного приводного механизма.

Но это относилось к двигателям, не знаю насколько правомерно применять ее к данному случаю. Если в кшм действительно теряется 40% мощности, то выходит чистая мощность 80*0.6=48 Вт. И еще наверно 10% на трение, итого на аэродинамику пошла мощность 43.2 Вт. Это конечно более менее близко к полученным в симуляции на уровне 30 Вт, но все таки я считаю схождение неудовлетворительным. Видимо нужна большая детализация сетки. Но учесть инерцию предкрылка в определении мощности в программе в любом случае нельзя. Там жестко задается анимация объекта, а программа только показывает с какой силой на него давит воздух. Создаваемый гидродинамический момент в данном случае.

Да я смотрю и макс. тяга и Cy тоже не совпали? У вас вышло максимум что-то около 6 кг/кВт и Cy до 1.2, а в симуляции не более 4.5 кг/кВт и Cy не более 0.5 (правда низкий Cy в симуляции большая вероятность из-за не совсем правильного положения предкрылка, который поддувал и на нижнюю поверхность профиля, тем самым сильно снижая подъемную силу). Ну что ж, как говорится факир был пьян, фокус не удался )).

 

[DesertEagle]

Кстати, узнать механические потери легко - надо покрутить на 30 Гц привод без крыла, но с грузиком равной массы (соблюдая равный момент инерции). На это потребуется некая мощность, вот ее и нужно вычесть из полной электрической мощности эксперимента. В остатке получится чистая аэродинамическая мощность, которую показывает симуляция.

 

[KV1237542]

Да я смотрю и макс. тяга и Cy тоже не совпали? У вас вышло максимум что-то около 6 кг/кВт и Cy до 1.2, а в симуляции не более 4.5 кг/кВт и Cy не более 0.5 (правда низкий Cy в симуляции большая вероятность из-за не совсем правильного положения предкрылка, который поддувал и на нижнюю поверхность профиля, тем самым сильно снижая подъемную силу). Ну что ж, как говорится факир был пьян, фокус не удался )).

А нельзя ли здесь привести эти данные (Су, тягу и тд). Но вообщем результат для меня пока ожидаемый, хотя с расчетом по Болдыреву то же не совпало у меня, правда считал навскидку, может где ошибся

Но это относилось к двигателям, не знаю насколько правомерно применять ее к данному случаю. Если в кшм действительно теряется 40% мощности, то выходит чистая мощность 80*0.6=48 Вт. И еще наверно 10% на трение, итого на аэродинамику пошла мощность 43.2 Вт. 

Не подгоняйте уже, предкрылок был соединен я думаю с ДВС без редуктора и энергия маховика была много больше энергии предкрылка т.е. маховик ДВС играл роль накопителя обменника для предкрылка в т.ч. иначе все бы развалилось (ну там может еще что было шкив какой-нибудь я не видел установку)

Механический КПД ДВС точно где-то 0,8 до 0,925, причем как мин 50% потери на трение в цилиндре, а дизеле (нижнее значение КПД) и того больше

КПД установки КАА можно смело принять 0,925...0,975, если подшипники в порядке

 

[KV1237542]

Навскидку вот здесь нашлась фраза:
Цитата:
Следовательно, в КШМ теоретически теряется примерно 40% крутящего момента, а значит, и мощности, которую можно реализовать путем применения более эффективного приводного механизма.

Не совсем из этой оперы крутящий момент это еще не энергия
Мех КПД ДВС с КШМ - довольно стандартная вещь в среднем 85-90% и это с трением в зеркале цилиндра и 1 р.х. на 4 такта

 

[DesertEagle]

КПД установки КАА можно смело принять 0,925...0,975, если подшипники в порядке

Да я в целом согласен. Если покрутить установку с грузиком, имеющем массу крыла и совершающим такие же возвратно-поступательные движения как крыло, и если при этом на 30 Гц электромотор будет потреблять 10 Вт, то значит остальные 90 Вт из 100 тратятся на чистую аэродинамику. Просто я не увидел в данных КАА сколько привод тратит без крыла (но с аналогичным грузом), 10 Вт или например все 50 Вт?

В любом случае, я сделал все что мог. Повысить детализацию симуляции у меня нет возможности.

 

[KV1237542]

В любом случае, я сделал все что мог. Повысить детализацию симуляции у меня нет возможности.

     Вот мне кажется принципиальный момент: Болдырев прямо пишет, например в отчете (1968г.), что предкрылок  испытывает ускорение в результате гармонических колебаний это же ускорение испытывает присоединенная масса воздуха (согласитесь какая-то масса воздуха в любом случае будет колебаться вместе с предкрылком), вследствие этого и возникает сила сопротивления и ее проекция - тяга, он так и называет - инерционная, а ускорение максимально в крайних точках где предкрылок стоит, а в расшифровке момента сопротивления который есть у меня от вашего опыта  (фанера + дверь) как раз момент близок к нулю в крайних точках. Это как то не согласуется в моих глазах с физикой процесса (т.е. воздух имеет массу - увлекается в движение, ускоряется, но момента это ускорение*массу не создает...?)
     Однако для предкрылка КАА при работе на месте по ф-лам Болдырева у меня вообще получилось около 400Вт.


    

 

[DesertEagle]

а в расшифровке момента сопротивления который есть у меня от вашего опыта  (фанера + дверь) как раз момент близок к нулю в крайних точках.

Он там не точно в крайних точках, а близко к ним. Как раз с учетом того что массы воздуха ускоряются и прочее. Смотрите сами, что такое момент на предкрылке? Это усилие, которое вы прикладываете к нему, чтобы повернуть преодолевая сопротивление воздуха. Именно на это тратится мощность двигателя - вы веером сдвигаете воздух, с внешней стороны расталкивая, а с внутренней стороны увлекая за веером.

Когда подходите к крайней точке, вы _принудительно_ останавливаете веер. То есть вы задаете ему момент = 0. Но при этом какая-то часть воздуха еще находится в движении, что-то летит по инерции, где-то происходят переходные процессы и т.д., пока все это не успокоится. И этот воздух, отброшенный веером, все еще действует на предкрылок. И создает на нем некоторое давление, то есть создает момент. А вы держите веер неподвижно, сопротивляясь этому моменту.

Вот поэтому момент на колеблющемся предкрылке становится нулю не точно в конечной точке, а немного раньше или позже, в зависимости от протекающих процессов. А где именно и насколько эта точка будет смещена от крайней точки веера, покажут количественные характеристики. Может эти процессы в воздухе так быстро затухают, что эти точки почти совпадут (что и происходит согласно симуляции, кстати).

А теперь вы начинаете двигать веер в другую сторону. Очевидно, что момент на веере меняет знак, так как теперь вы отталкиваете воздух в другую сторону. Мощность при этом вы продолжаете тратить, двигая веер против сопротивляющегося воздуха. Просто при ее расчете нужно учесть, что теперь вы двигаете веер в другую сторону и соответственно поменять знак.

Ну а раз вы поменяли направление движения веера и поменяли знак момента (так как теперь воздух давит на веер с другой стороны), то значит где-то он (момент) пересек нулевую отметку, логично? Это к вопросу откуда там вообще возникает нулевой момент на графике. По поводу точности подобных численных симуляций я уже объяснял. Если не совпадает с экспериментом, то верить ей нельзя. При желании можно настроить алгоритм расчета, что все начнет совпадать, хотя для этого может потребоваться суперкомпьютер. Ну а в наших ограниченных ресурсами реалиях если с первого раза не получилось, то как говорится, парашютный спорт не для вас =)). Поэтому доводить не вижу смысла.

 

[KV1237542]

Он там не точно в крайних точках, а близко к ним. Как раз с учетом того что массы воздуха ускоряются и прочее.

Да в том и дело, я думаю, что предкрылок увлекает много воздуха, и момент в крайних точках должен быть больше, согласно закону гармонических колебаний , где мах ускорение в крайних точках этим и обясняется большая потребляемая мощность

Вообще это есть хорошо и вселяет надежду, это и есть та самая нестационарность, которая помогает на малых скоростях

 

[KAA]

На приведённом мною графике-вычисленная потребляемая механическая мощность, с учётом экспериментально определённого КПД двигателя при данных оборотах и мощности.
Потери в КШМ определить уже не получится,так как он разобран.

В любом случае, я сделал все что мог. Повысить детализацию симуляции у меня нет возможности.

Ясно,что по мощности будут большие расхождения. Отрицательный результат-тоже результат, в науке.
а вот поменять положение предкрылка, как я позже указал, и сравнить Сх и Су наверное  стоит... 😉

Однако для предкрылка КАА при работе на месте по ф-лам Болдырева у меня вообще получилось около 400Вт.

Угол в радианах считали?

 

[KV1237542]

Угол в радианах считали?

  Да взял 12,5 град /57= грубо 0,22 РАД, вот не пойму где ошибка, у Болдырева все более-менее сходится...
  Когда считал пластины ВВП получилось расхождение на 50% но списал на пространственное обтекание.
  А Вы считали по Болдыреву и сравнивали?,  если не засекречено может скинете что-то еще по экспериментам и расчетам
   У нас с  DesertEagle была некоторая полемика по поводу формул Болдырева и сравнения с симуляцией на махолетной ветке где-то в р-не стр. 200 я и тогда считал что симуляция занижает показатели такого привода

 

[KV1237542]

Здесь грубо на месте для 1 м, а с учетом полной длины и получается ок 400Вт

 

[DesertEagle]

а вот поменять положение предкрылка, как я позже указал, и сравнить Сх и Су наверное  стоит... 

Поменял положение предкрылка, так действительно он не касается крыла. Но результаты все равно сильно расходятся с экспериментом, видимо для лучшей сходимости нужно радикально увеличивать детализацию сетки.

Сейчас получилось при симуляции на угле атаки 9 град, частоте 30 Гц и скорости потока 10 м/с:

Тяга предкрылка 0.57 Н (по общей оси горизонта, а не вдоль нейтральной хорды предкрылка!)
Потребляемая мощность 47.19 Вт.
Что дает удельную тягу всего 12 Н/кВт и кпд 12.11%

Подъемная сила только крыла 22.76 Н
Сопротивление только крыла 6.02 Н
Что дает для крыло под обдувом Cy = 0.46 и Сх = 0.12

Подъемная сила всей системы 18.3 Н
Сопротивление всей системы 2.45 Н

Последовательные скриншоты колебания сверху вниз и потом снизу вверх:

Хочется отметить, что влияние вытеснения предкрылком воздуха под нижнюю поверхность хоть и уменьшилось, но не исчезло полностью. Похоже что из-за этого получился такой низкий Cy. Но теперь вихри не обтекают поверхность, а срываются. Насколько это похоже на правду, я не знаю. Видимо не похоже, раз результаты расчета и эксперимента не сошлись =))

Вот так выглядит график общей подъемной силы системы (видно что она местами даже отрицательна, скорее всего из-за поддува предкрылком под крыло). Начальный период это еще не установившийся режим. Результаты естественно взяты с установившегося.

А это график общего сопротивления

А вот так выглядит тяга только предкрылка. Видно, что режим практически сразу установившийся. Неустановившийся начальный период есть на крыле пока вихри не начнут регулярно прокатываться по поверхности профиля и пока не сформируется некая средняя картина обтекания.

А это подъемная сила только на предкрылке. Как видите, она несколько смещена вверх из-за того что предкрылок колеблется нессиметрично относительно горизонта (вся система повернута на -9 град. атаки, а сам прекрылок на 10 град к крылу). А возможно из-за влияния близкого крыла...

 

[Руслан 7000]

     Вот бы ещё на вибрацию всей системы взглянуть...  (да не на бумаге а в самолёте)



        (и когда вы уже догадаетесь второй предкрылок привинтить для снятия вибраций)

 

[henryk]

По-моему самолет с предкрылком Болдырева должен выглядеть иначе. Wink

https://www.youtube.com/watch?v=g7ZM6wKY3lA

https://www.youtube.com/watch?v=wEDM9icaSyU

???

 

[KV1237542]

Угол в радианах считали?

Запоздало но все-таки...

Перепроверил - я считал неправильно, если брать плотность 1,225кг/м3 - значит тяга в Н, а мощность надо поделить на 10, тогда будет л.с. Это полностью сходится с 2 графиками Болдырева 1968г тяга и мощность на месте, амплитуда в радианах 0,5 от полной

Для вашего предкрылка тяга у меня сошлась с теорией (25 и 35 гц), более того отставание на 20-25% эксперимент от расчета как и у Болдырева 1968г.

  А вот мощность у Вас раза в 2 больше теоретической (если брать по вашему графику); у Болдырева где-то на 10% экспериментальная превышает теоретическую 1968г. Ну если мех. КПД вашей установки 0,9, я думаю точно не меньше, то расхождение экперимента с экспериментом в 1,8 раза... Может не так и плохо :-?

  Пластины ВВП расходятся по тяге / мощности в 2,5...5 раз соответственно, но истинный угол маха пластины, вследствие деформации видимо больше задаваемого +/- 8,5 град, отсюда и большие значения, а пространственное обтекание занижает соотношение тяга/мощность...

  К удивлению при перерасчете близко сошлись данные по тяге с зонтиком (перепроверил и уточнил частоту и время), порядок цифр верный думаю, но близкое совпадение - случайность с одной стороны пространственное обтекание ухудшает, а с другой - колеблющееся крыло с большой кривизной возможно более эффективный движитель...
  Мощность по расчету больше 100 Вт 1 рукой качая не в полную силу столько точно не развить - явно меньше.

 

[vosmynig]

М-да, поздновато я эту тему прочитал. Скажите, уважаемые, а после 2013 года работы по предкрылку имели продолжение? И не будет ли кто-то из участников настолько любезен, что выложит сканы работ в открытый доступ повторно? (поскольку ранее упомянутые ссылки на вебархив и фтп, естественно, мертвы)