Скорость на дельталёте

[An.Petrovich]

Мои 5 копеек к обсуждаемым "трём вопросам":

1. "Какая разница, на какую скорость сбалансировано крыло..." - ключевое слово здесь: "сбалансировано", т.е. очевидно от слова "баланс" = "центровка". Речь идёт о крыле "сбалансированном на высокую скорость", т.е. "балансировочная скорость" аппарата (при освобождённой рулевой трапеции) больше чем обычно - значит балансировочный угол атаки меньше чем обычно, т.к. центровка передняя, т.е. кубик сдвинут (оттриммирован) вперёд. При передних центровках при том же конструктивно ограниченном угле отклонения рулевой трапеции - до упора вперёд (в пилон) дельт будет аэродинамически балансироваться на меньшем угле атаки, чем при нормальной центровке.

2. Из этого следует вывод, что набор высоты с трапецией на переднем упоре для дельталёта с передней центровкой (т.е. с "крылом сбалансированным на высокую скорость") будет происходить на меньшем угле атаки, и на большей скорости (т.е. с меньшим установившимся углом наклона траектории и тангажом) чем у дельталёта с нормальной центровкой.

3. В установившемся режиме полёта (например, в установившемся наборе высоты) все силы (и моменты) действующие на ЛА - уравновешены, по определению этого режима. Это значит, что любое изменение мощности мотора (тяги винта) как-то изменит баланс этих сил.  Для ответа на вопрос: "каким образом мощность мотора влияет на воздушную скорость при отданной от себя до упора трапеции" (в установившемся наборе высоты) - необходимо понять две вещи:

а) как мощнось мотора (тяга винта) влияет на балансировку дельта по углу атаки (т.е. как изменится балансировочный угол атаки при отданой до упора в пилон трапеции);

б) как будет выглядеть равновесие сил, действующих на дельталёт, при увеличенной тяге винта.

Ответ на вопрос "а" зависит в основном от того, где проходит "линия тяги" (приближённо - ось) винта относительно центра масс всего аппарата (крыло + тележка + всё что в ней). Насколько мне известно, как правило аппараты проектируются так, чтобы вектор силы тяги винта проходил примерно через ц.м. (поправьте меня, кто сам конструировал дельты). Но положение ц.м. зависит как минимум от того - два пилота или один, каков вес каждого, как заправлены баки топливом и химией. Если сильно не заморачиваться, то условно можно принять, что вектор силы тяги винта проходит примерно через центр масс дельталёта, тогда увеличение или уменьшение силы тяги винта не приведёт к нарушению моментного равновесия и дельталёт с отданной до упора вперёд рулевой трапецие будет балансироваться на установившемся режиме всегда на одном и том же угле атаки.

Из этого следует вывод, что т.к. угол атаки крыла не изменится, то не изменится и аэродинамическое качество крыла. Т.е. соотношение подъёмной силы и силы сопротивления крыла останется прежним.

Теперь вопрос: а изменятся ли сами силы: подъёмная и сопротивления при их неизменном соотношении? Т.е. вопрос б) - "как будет выглядеть равновесие сил, действующих на дельталёт, при увеличенной тяге винта".

Для ответа на этот вопрос необходимо вспомнить, что потребная нормальная перегрузка в установившемся полёте по прямой равна косинусу угла наклона траектории. То, что угол наклона траектории при увеличении силы тяги увеличится - доказывать не буду, это очевидно. Значит, подъёмная сила уменьшится. А из того, что крыло находится на том же самом угле атаки следует, что уменьшится воздушная скорость.

Вывод: в установившемся наборе высоты с полностью отданной в пилон рулевой трапецией, дельталёт с более мощным мотором при прочих равных условиях будет набирать высоту с бОльшим углом наклона траектории но с меньшей воздушной скоростью.

Ну и наконец, что будет, если в наборе высоты "обрежет" мотор. Очевидно, что будет горка с переходом в снижение. Что при этом будет происходить со скоростью - до верхней точки траектории скорость по закону движения тел в поле тяжести будет падать, затем - расти. Вот и давайте разделим мух и котлеты: первая фаза (горка с потерей скорости) и вторая (снижение с набором скорости).

Фаза 1: Т.к. в момент исчезновения тяги винта скорость мала, то до достижения верхней точки есть все шансы что она просядет ниже скорости сваливания. В принципе в этом факте ещё нет ничего страшного, т.к. потеря скорости ещё автоматически не означает, что произойдёт само сваливание (т.е. выход на закритические углы атаки) - сначала дельт будет двигаться по полубалистической траектории (чем меньше скорость и аэродинамические силы - тем более баллистической), самопроизвольно уменьшая тангаж за счёт продольной устойчивости крыла по углу атаки. Если исходный угол наклона траектории (в наборе высоты) будет не очень большим, а исходная скорость не очень малой, да ещё если пилот в момент отказа двигателя сразу подожмёт ручку, то динамического (за счёт искривления траектории) заброса угла атаки в верхней части горки может и не произойти - дельт просто перейдёт из набора в снижение на нормальных углах атаки, пусть даже с потерей скорости и незабываемым ощущением в животе. Но если после отрыва от ВПП "повиснуть" на винте с малой скоростью и околокосмическим углом наклона траектори - то даже если потом полностью поджать ручку можно не избежать сваливания в верхней части горки. Как развивается режим сваливания - зависит от каждого крыла, либо это парашютирование, либо сваливание на крыло - тут варианты различны, в любом случае ничего хоршего при встрече с планетой.

Теперь Фаза 2: рассматриваем случай, что дельт не свалился, но скорость - ёк. Т.е. далее как на санках - вниз с набором скорости. Собственно, интересующий всех вопрос: а хватит ли высоты для того, чтобы восстановить скорость, а потом успеть вывести дельт из снижения и произвести посадку. Ответ на этот вопрос зависит, опять же, от того, с каким углом наклона траектории и на какой скорости дельт шёл в набор перед отказом. Но одно могу сказать точно: что если на высоте 5м перед отказом скорость была 80км/ч, то после перевода на снижение на высоте те же 5м скорость будет меньше 80км/ч, банально по закону сохранения энергии (энергия силовой установкой больше не подводится, а полная механическая: потенциальная + кинетическая не может оставаться постоянной во времени, она уменьшается; причём чем интенсивнее маневрирование - тем быстрее теряется энергия). Ситуация усугубляется ещё и тем, что для вывода из снижения требуется перегрузка (пусть небольшая, но требуется), т.е. запас подъёмной силы, и как следствие - запас по скорости. И если дельт может на тяге "висеть" в наборе на скорости 70, то это вовсе не означает, что он на этой же скорости 70 сможет нормально выйти из снижения без тяги, не потеряв при этом скорость на выравнивании.

Короче: чем больше угол наклона траектории и меньше скорость в наборе высоты (что характерно для мощных телег при наборе с "ручкой в пилон") - тем больший запас высоты потом потребуется для набора скорсти и перехода к планированию и посадки в случае отказа двигателя в наборе. При этом нисходящий участок траектории характеризуется бОльшей потерей высоты чем вы успеете набрать на восходящем участке - это в любом случае. И чем набор "круче" - тем эта разница (в наборе / потере высоты) больше.

Доклад закончил,
извините за много букв.

 

[mdp-shnik]

    Сначала обращу внимание на положение Ан.Петровича о том, как аппарат на горке будет двигаться по баллистической траектории. Для того, чтобы крыло шло по потоку (примерно с постоянным углом атаки) нужно, чтобы мдп в целом начал вращаться относительно горизонтальной оси. Заставляет его нескомпенсированный после остановки мотора пикирующий момент. Он зависит от скорости, которая быстро падает, и момент быстро исчезает. Поэтому сильно задранное вверх крыло продолжает двигаться поступательно до полной остановки. Так было со всеми, кто погиб при выполнении колокола. Именно поэтому при остановке двига в наборе рекомендуют не отдавать, а сильно брать на себя трапецию (это – для d_v). В моей практике остановка двигателя была только по причине окончания бензина и, разумеется, не на взлёте.
    Поэтому в моём случае (скороподъёмность 5 м/с) после остановке мотора аппарат полетит с опусканием носа крыла, гарантированно останется в первом режиме и будет управляем на всех этапах полёта. Тем более, что я ему помогу взятием на себя трапеции.
    В случае очень мощного мотора крыло не успеет перейти в пикировании и посыпется назад. Работа трапецией бесполезна, тем более, что наступает невесомость. Поверьте, это не мои фантазии, это - состоявшаяся быль.
    Поэтому в нашем случае скорость – это главное.

 

[An.Petrovich]

Поэтому в нашем случае скорость – это главное.

Категорически поддерживаю!

Сначала обращу внимание на положение Ан.Петровича о том, как аппарат на горке будет двигаться по баллистической траектории

Маленькое уточнение: по полубаллистической. В том смысле, что некоторые аэродинамические силы всё-таки присутствуют, но их недостаточно для эффективного маневрирования, поэтому траектория близка к баллистической.

На тему, якобы, кабрирующего момента от двигателя:
По моим наблюдениям (правда опыта у меня с гулькин х..) балансировочная зависимость между скоростью и положением трапеции практически не зависит от того - работает мотор или выключен (Пегас, Атлет). Что позволяет судить о том, что мотор как таковой не даёт кабрирующего момента. Он даёт тягу, которая даёт скорость, а скорость (на том же угле атаки) даёт перегрузку, поэтому и есть реакция на газ по тангажу: тапка в пол - морда прёт вверх, сбросили - нос опустился. Но по-моему это не связано с тем, что сам мотор даёт кабрирующий момент за счёт того, что вектор силы тяги винта мол, проходит ниже центра тяжести дельталёта. Поправьте, если ошибаюсь?

 

[d_v]

Мои 5 копеек к обсуждаемым "трём вопросам":

Петрович, отличный разбор вопроса, не по понятиям, а по науке.
Слегка прокомментирую:

Из этого следует вывод, что набор высоты с трапецией на переднем упоре для дельталёта с передней центровкой (т.е. с "крылом сбалансированным на высокую скорость") будет происходить на меньшем угле атаки, и на большей скорости 

У бОльшей части крыльев трапеция крепится к килевой балке перед кубиком, поэтому, наоборот, на переднем упоре при передней балансировке кубика достигается бОльший угол атаки - нарисуйте эскизик узла, и поймете почему.

Ответ на вопрос "а" зависит в основном от того, где проходит "линия тяги" (приближённо - ось) винта относительно центра масс всего аппарата 

Для дельт эта зависимость очень слабая (в отличие от автожиров), т.к. момент от полной аэродинамической силы, действующей на крыло, на всех полетных режимах занчительно превышает все моменты инерции. Поэтому моментами инерции можно в первом приближении пренебрегать для рассматривамой задачи.

Вывод: в установившемся наборе высоты с полностью отданной в пилон рулевой трапецией, дельталёт с более мощным мотором при прочих равных условиях будет набирать высоту с бОльшим углом наклона траектории но с меньшей воздушной скоростью.

Именно так! Как это не парадоксально, чем мощнее мотор, тем меньше скорость при отданной до упора трапеции! (учебники по классической механике рулят! 😉 )

И если дельт может на тяге "висеть" в наборе на скорости 70, то это вовсе не означает, что он на этой же скорости 70 сможет нормально выйти из снижения без тяги

Абсолютно точно. Петрович, респект! Я бы не смог напечатать так много букв, чтобы так подробно разобрать для коллег почему это происходит.

 

[d_v]

Но по-моему это не связано с тем, что сам мотор даёт кабрирующий момент за счёт того, что вектор силы тяги винта мол, проходит ниже центра тяжести дельталёта. Поправьте, если ошибаюсь?

Поправляю: для дельт удобнее все моменты считать не относительно ЦТ, а относительно точки подвески телеги к крылу (при этом момент от крыла становится нулевым).
Момент от веса тележки при этом на пикирование при тяге больше лобового сопротивления, и на кабрирование - при тяге меньше сопротивления. Увеличение тяги вызывает появление нескомпенсированнго момента на кабрирование, который приводит к повороту тележки носом вверх до тех пор, пока момент от веса телеги не скомпенсирует тягу.

Кстати, если есть желание разобраться с теормеханикой дельт, то могу порекомендовать единственную в мире сугубо теоретическую книгу по этом предмету: Клименко А.П., Никитин И.В. Мотодельтапланы: Проектирование и теория полета .
Практические разделы там уже устарели, а физика изложена хорошо.

 

[An.Petrovich]

У бОльшей части крыльев трапеция крепится к килевой балке перед кубиком, поэтому, наоборот, на переднем упоре при передней балансировке кубика достигается бОльший угол атаки - нарисуйте эскизик узла, и поймете почему.

Вот тут мне кажется есть некоторая путаница в понятиях: угла атаки (аэродинамического) и диапазона углов отклонения рулевой трапеции (крыла) относительно тележки.

Угол атаки в установившемся полёте ЛА с балансирным управлением зависит (при прочих равных) от продольного положения центра масс. Чем ц.м. более передний - тем угол атаки меньше.

Вы хотите сказать, что по чертежу узла подцепки получается так, что при более переднем положении кубика и полностью отклонённой рулевой трапеции до упора вперёд (в пилон) - центр масс тележки займёт более заднее положение относительно крыла, чем при более заднем положении кубика?

 

[mdp-shnik]

    В отношении относительного расположения вектора тяги и центра масс. Поскольку масса является мерой инерции, то она играет роль только при ускоренном движении тела. Это отражено во втором законе Ньютона: F=m*a. Из этого следует, что при равномерном движении дельталёта не имеет никакого значения расположение вектора тяги по отношению к центру масс. Однако это не значит, что не имеет значения расположение вектора тяги вдоль вертикали. Имеет. Сравнивать это положение нужно с двумя силами сопротивления - от крыла и от телеги. На дельталётах сумма этих сил всегда меньше тяги винта, поэтому телега прокачивается вперёд так, что возникает момент от силы тяжести самой телеги. Всё вместе создаёт равновесие.

   

 

[An.Petrovich]

Но по-моему это не связано с тем, что сам мотор даёт кабрирующий момент за счёт того, что вектор силы тяги винта мол, проходит ниже центра тяжести дельталёта. Поправьте, если ошибаюсь?

Поправляю: для дельт удобнее все моменты считать не относительно ЦТ, а относительно точки подвески телеги к крылу (при этом момент от крыла становится нулевым).
Момент от веса тележки при этом на пикирование при тяге больше лобового сопротивления, и на кабрирование - при тяге меньше сопротивления. Увеличение тяги вызывает появление нескомпенсированнго момента на кабрирование, который приводит к повороту тележки носом вверх до тех пор, пока момент от веса телеги не скомпенсирует тягу.

Кстати, если есть желание разобраться с теормеханикой дельт, то могу порекомендовать единственную в мире сугубо теоретическую книгу по этом предмету: Клименко А.П., Никитин И.В. Мотодельтапланы: Проектирование и теория полета .
Практические разделы там уже устарели, а физика изложена хорошо.

Да, книжка эта у меня есть, теория там изложена просто превосходно.

Но насчёт переноса центра системы координат и рассмотрения всех моментов относительно точки подвески я не совсем согласен - такой перенос вызывает слишком много путаницы в головах (итак тема не из лёгких, а тут ещё дополнительные сложности с переносом моментов и сил).

В классической динамике сложное движение любого тела разделяют на траекторное (движение материальной точки - центра масс по траектории), и угловое (вращение тела относительно "неподвижного" в пространстве центра масс) - это, естественно, всем знакомо. Так вот, что касается углового движения в вопросах углового равновесия (балансировки): более правильно рассматривать все моменты именно относительно центра масс, а не относительно каких-либо других точек. Дельталёт с зажатым управлением, т.е. с зафиксированной рулевой трапецией (например, когда она полностью отдана в пилон) может и должен рассматриваться не как система двух тел (крыло + тележка), а как одно твёрдое тело. И у этого твёрдого тела разбалансировку по моментам могут вызвать только лишь изменение тех сил, вектор действия которых проходит не через центр масс всего дельталёта. Всё остальное - от лукавого. Поэтому если равнодействующая силы тяги воздушного винта проходит через центр масс дельталёта - то игра тягой никаких кабрирующих и пикирующих моментов создать не может, если ручка зафиксирована. Вот если ручка освобождена - то тогда да, изменение силы тяги приводит к изменению моментного равновесия тележки относительно шарнира в узле подцепки, и тележка "прокачивается" относительно крыла - это пилот и ощущает как "кабрирующий" или "пикирующий" момент.

 

[d_v]

На дельталётах сумма этих сил всегда меньше тяги винта

Вы путаете силы и их моменты. Если бы сумма сил сопротивления была всегда меньше тяги, то дельталет всегда бы ускорялся (a=F/m). А на практике он еще иногда тормозит 😉

 

[An.Petrovich]

Если бы сумма сил сопротивления была всегда меньше тяги, то дельталет всегда бы ускорялся (a=F/m). А на практике он еще иногда тормозит 😉

Верно, согласен. 🙂

 

[An.Petrovich]

Поэтому если равнодействующая силы тяги воздушного винта проходит через центр масс дельталёта - то игра тягой никаких кабрирующих и пикирующих моментов создать не может, если ручка зафиксирована

Немного дополню, воизбежание непонимания:
Игра тягой в этом случае (если вектор силы тяги проходит через ц.м) приводит к появлению пикирующих и кабрирующих моментов, НО не за счёт изменения моментной балансировки (т.е. моментов вращения), а за счёт разгона и торможения скорости, и как следствие (при зажатом управлении) - изменения подъёмной силы и перегрузки. Вот траектория и гуляет за тягой: вверх - вниз... (ну это если по простому)

 

[d_v]

Поэтому если равнодействующая силы тяги воздушного винта проходит через центр масс дельталёта - то игра тягой никаких кабрирующих и пикирующих моментов создать не может, если ручка зафиксирована.

ОК, можно считать моменты и относительно ЦМ. В таком случае при даче газа и фиксации трапеции будет начинать расти скорость и с ней кабрирующий (относительно ЦМ) момент полной аэродинамической силы крыла (неустановивишийся процесс). В процессе выхода на установившуюся траекторию набора, скорость опять уменьшится, моменты опять скомпенсируются.

Я тоже сначала скептически относился к вычислению моментов относительно точки подвески, но потом привык, и понял, что так гораздо удобнее для практических задач.

 

[d_v]

Игра тягой в этом случае (если вектор силы тяги проходит через ц.м) приводит к появлению пикирующих и кабрирующих моментов, НО не за счёт изменения моментной балансировки (т.е. моментов вращения), а за счёт разгона и торможения скорости, и как следствие (при зажатом управлении) - изменения подъёмной силы и перегрузки

Ну, в общем мы друг друга поняли 😉 Надо только уточнить, что не "изменения подъемной силы" (это проекция полной аэродинамической силы на нормаль к вектору потока), а именно изменения всей полной аэродинамической силы - т.к. решающую роль в момент относительно ЦМ вносит другая проекция - на вектор потока, т.е. сила аэродинамического сопротивления.

 

[An.Petrovich]

Я тоже сначала скептически относился к вычислению моментов относительно точки подвески, но потом привык, и понял, что так гораздо удобнее для практических задач.

Тут, наверное, кто как привык. Просто момент крыла при зажатом управлении отнюдь не равен нулю относительно точки подцепа - вот уже путаница. В установившемся полёте он равен нулю только в том случае, если аппарат летит на балансировочной скорости (при этом не важно - зажато управление или освобождено, пока нет никаких возмущений).

Вы про чертёж с кубиком ответьте (вопрос про ц.м. - выше) мне вот тут действительно не совсем понятно... Заставили меня сомневаться. 🙂

 

[An.Petrovich]

т.к. решающую роль в момент относительно ЦМ вносит другая проекция - на вектор потока, т.е. сила аэродинамического сопротивления. 

А вот тут, кстати, не соглашусь. 🙂
Снова мухи (траекторное движение) и котлеты (угловое) свалены в одну кучу.

К изменению угла наклона траектории (кабрированию или пикированию) приводит именно изменение нормальной (к траектории) перегрузки, обусловленное изменением подъёмной силы, действующей поперёк потока.

А вот перебалансировка дельта по моментам за счёт того, что вектор действия полной аэродинамической силы в общем случае может не проходить через центр масс - это уже не траекторное движение, а угловое (относительно потока! т.е. по углу атаки!), и оно в данном случае ("игра" тягой) носит менее выраженный характер, чем пикирование/кабрирование из-за изменения скорости и перегрузки.

 

[mdp-shnik]

    Насчёт  соотношения сил сопротивления и тяги я действительно погорячился (замечание  d_v). Но вот цель ваших рассуждений от меня точно ускользнула. Пожалуйста, озвучте выводы.

 

[An.Petrovich]

Цель: разобраться самим и помочь разобраться всем желающим разобраться (в хорошем смысле слова "разобраться")

Выводы: учиться, учиться, и ещё раз учиться (как завещал Великий) - это лучше чем работать, работать, и ещё раз работать... (вот и флудим)

Так кто ответит про кубик?..

 

[mdp-shnik]

   Может, я и попробую. Только нужно повторить вопрос или дать ссылочку на его местоположение.

 

[andris]

В случае очень мощного мотора крыло не успеет перейти в пикировании и посыпется назад. Работа трапецией бесполезна, тем более, что наступает невесомость. Поверьте, это не мои фантазии, это - состоявшаяся быль.

Ненадо  и мощного двига - с грустю  слушал разсказ  одного начинающего , как он на буране (18 квм.) во время взлёта завис на 10-15 м.  и начал двигатса назад . Говорил с  некой долей героизма  , как он оглядываясь питалса ещо  рулить  падая назад. :-[
В тот раз легко отделалса .

 

[mdp-shnik]

    Ну вот, всё ещё сложнее, чем мы это себе представляем.