Софт для проектирования парапланов

[DesertEagle]

Так как я занимаюсь на любительском уровне проектированием кайтов и парапланов (спидглайдеров), то попробую собрать в одной ветке доступную информацию по этой теме.


СОФТ

Наилучшей из бесплатных программ для проектирования кайтов и парапланов является Surfplan Hobby version: http://surfplan.com.au/sp/downloads/index.htm

Программа позволяет создавать водные кайты с надувным баллоном в передней кромке, а также обычные кайты и парапланы. Удобный интерфейс, множество настроек, можно использовать большинство современных фич вроде косых нервюр.

Программа может печатать шаблоны для выкроек на обычном А4 принтере для последующей склейки листов скотчем, чтобы получить полноразмерную выкройку. Также можно вывести печать в виртуальный принтер в PDF файлы, открыть их например в CorelDraw, собрать воедину и распечатать на широкоформатном плоттере.


Еще одна бесплатная программа для проектирования кайтов (которую можно применять и для парапланов) Foilmaker: http://sourceforge.net/projects/foilmaker/files/. Я с ней не работал, только глянул мельком, поэтому о возможностях затрудняюсь что либо сказать. Но с ее помощью однозначно делались неплохо летающие кайты-парафойлы, используйте гугл поиск.


Также существует бесплатная программа-скрипт LEparagliding: http://www.laboratoridenvol.com/leparagliding/leparagliding.ru.html. Не смотря на отсутствие графического интерфейса, эта программа строит выкройки полноценных парапланов. На ее основе было сделано несколько успешно летающих моделей.


Еще одной замечательной программой, правда на этот раз платной, но имеющей бесплатный демо-режим, является fwDesign: http://www.wingdesignsoftware.net/indexEN.htm. К сожалению, в демо-версии нельзя распечатать выкройки, поэтому сделать свою модель по ней нельзя. Однако это профессиональная программа, некоторые реальные производители парапланов используют ее в своей работе. Поэтому в ней полезно научиться работать, так как она поддерживает почти все современные технологии в парапланостроении. P.S. информацию насчет невозможности печатать надо проверить, кажется у них на сайте произошли изменения - демо-версии последних версий больше вроде не выкладывают, но возможно даются по требованию. В любом случае, старые версии должны где-то сохраниться на файлообменниках в интернете.


В принципе, параплан можно вручную спроектировать в любом CAD. Достаточно разместить двухмерные профили в пространстве, повернуть их под нужным углом и смасштабировать до нужного размера. А чтобы получить выкройки верхних и нижних панелей, необходимо использовать развертку поверхностей одинарной кривизны, инструмент которой обычно встроен в любой CAD. Это плоская развертка поверхности, соединяющей два профиля в пространстве. Но из-за "матрасности" секций, присущей всем парапланам, необходимо потом в каждой плоской панели вручную увеличить ширину в центре примерно на 6%, плавно сужая к краям панели. Подробнее в разделе Теория.

Хорошим примером такого ручного построения параплана в CAD, является сайт http://foilivier.free.fr/uk/index.htm


Для относительно новой технологии однослойных парапланов (на самом деле хорошо забытой старой, но реализованной на качественно новом уровне) можно использовать программу SingleSkin: http://sourceforge.net/projects/singleskin/.

Программа имеет встроенный русский язык. Как и Surflan, позволяет печатать выкройки в натуральную величину на листах А4. А также поддерживает экспорт трехмерной модели и шаблонов выкроек в формат DXF.

Также однослойные парапланы поддерживает последние версии fwDesign и LE paragliding.



Наилучшим источником теории, фотографий изготовления, а также готовых проектов кайтов, спидглайдеров и парапланов, в русскоязычном интернете является сайт Самодельщиков кайтов: http://www.kiting.org.ua/forum/index.php/f/8/

 

[DesertEagle]

ТЕОРИЯ


Лучшим источником по теории проектирования парапланов на русском языке является книга Иванова П.И. "Проектирование, изготовление и испытания парапланов". В интернете можно найти издания до 2001 года. А более новые только в бумажном виде.

Книга позволяет спроектировать купол с нуля вплоть до ручками бумаге, без использования компьютера, но может отпугнуть некоторой сложностью изложения. На самом деле все гораздо проще, по упрощенным методикам можно спроектировать более менее сносно летающий параплан с нуля буквально минут за двадцать.


Другим неплохим источником теории является "Настольная книга по проектированию парапланов", перевод которой на русский язык есть на сайте http://www.laboratoridenvol.com/paragliderdesign/index.ru.html. Это довольно простое изложение, кое-чего не хватает, но зато сайт может дать представление по некоторым нюансам парапланостроения. Например о том как компенсируется матрасность на выкройках.


Также кое-что на англ. языке по кайтостроению можно почитать например тут: http://www.kitesurfingschool.org/kite.htm


В сети доступны чертежи древнего параплана Командор из Моделиста-Конструктора: тут: http://www.yutsa.ru/sklad/fileinfo.php?file=comandor.zip. Шить по ним не рекомендуется в силу устаревшей конструкции, но можно подчерпнуть информацию об используемых нитках, лентах, швах и т.д. А также взять из них чертежи простенькой подвесной системы.


Другим известным источником чертежей по парапланерной подвесной системе являются картинки с сайта http://paraplan.ru/photos/thumbnails.php?album=3535&page=3 (там две картинки с чертежами подвески-трансформера, а остальное фотографии самой подвески, сшитой по этим чертежам).

Впрочем, подвесную систему можно спроектировать и самому, глядя на фотографии серийных подвесок и вырезав из газеты или склеенных листов A4 бумажный "прототип". Сидя на нем и прикладывая будущую "спинку" к своей спине, можно подобрать размеры и длины ремней, чтобы карабины находились примерно в том же месте, как на фото подвесок.


Для расчета положения воздухозаборников, вам наверняка понадобится программа для виртуальной продувки профилей. Наиболее удобной и популярной является XFLR5: http://www.xflr5.com. Но можно использовать и другие, показываюшие распределение давления на двухмерном профиле. Кажется, это умеют делать программа Profili 2 http://www.profili2.com/ и ряд других. Можно также пользоваться атласами профилей или готовыми данными о положении воздухозаборников на конкретных профилях.

Суть в том, что точка максимального давления набегающего потока должна попадать в воздухозаборник на всем диапазоне летных углов атаки. Обычно это от 0..2 градусов до 13-16 градусов. Это определяет положение и размер (ширину) воздухозаборников.


Для определения центровки на параплане, вам потребуется найти САХ (среднюю аэродинамическую хорду) крыла. Что в силу криволинейной формы купола, при ручном графическом определении представляет некоторые трудности. Для этого существует специальная программа, облегчающая этот труд: CAX.exe http://www.kiting.org.ua/forum/index.php/t/1756/


Но в целом, параплан как летательный аппарат не отличается от любого другого ЛА, поэтому к нему можно применять обычную "самолетную" аэродинамику. Так даже правильнее, так как понимание процессов это лучше, чем механическое повторение расчета по готовой методике.


Также к теории можно отнести следующий момент, связанный с прочностью. Прочность шва примерно определяется как прочность нитки, умноженная на количество стежков в шве. Например, если нитка рвется при нагрузке 2 кг, то чтобы разрывная нагрузка сшитого шва была 50 кг, надо сделать 50/2=25 стежков.

Этот принцип применим к прошивке усилений, петелек для строп и петелек на самих стропах. Там где длина шва не позволяет сделать нужное количество стежков за один проход (места усилений под петельки, сшивание узких лент на свободных концах и на подвеске), то прошивают несколько раз по одному и тому же месту взад-вперед, до достижения необходимого числа стежков.

Прочность парапланерной ткани примерно 30 кг/5см. Это означает, что полоска ткани шириной 5 см, рвется при нагрузке 30 кг. Суммарная прочность в каждом ярусе строп должна быть не меньше, чем в следующем ярусе. Причем бОльшая часть нагрузки (около 70% и вплоть до 100% на автостабильных профилях) приходится на передние ряды А и B, желательно это учитывать.

Расчетный запас прочности на парапланах, как правило, нужно закладывать в пределах 15-20g, так как стропы и ткань через год-два эксплуатации могут потерять до половины своей прочности. Из-за действия солнечного ультрафиолета, старения, дефектов в материале и т.д.


По вопросам. связанными с нюансами изготовления, можно обращаться на тот же сайт Самодельщиков кайтов, только надо учитывать что кайты часто шьются без усилений под петельками для строп, а у парапланов это обязательное условие. Так же как жесткости в лобиках нервюр (лавсановая толстая пленка, пришитая к нервюре, или триммерная леска 2..3 мм, вставленная в шов).

 

[DesertEagle]

УПРОЩЕННАЯ МЕТОДИКА РАСЧЕТА

Существует несколько подходов к проектированию куполов наподобие парапланерных. Одной из самых простых, но дающих приемлимый по точности результат, является следующая методика.

Программы типа Surfplan по сути своей рисовалки, что укажете, то и нарисуют на экране. А аэродинамический расчет будущего параплана вам нужно сделать самостоятельно. Иногда они облегчают такой расчет, как например SingleSkin для однослойников, но чаще всего нет.

Прежде всего, просто нарисуйте в программе купол каким вы его хотите видеть. Обычно за основу берут какой-нибудь летающий параплан и пытаются его усовершенствовать, изменяя какие-то параметры вроде количества секций, форму крыла, профили и т.д. Но можно рисовать и с нуля.

Основное правило при рисовании - необходимо чтобы стропы на концах крыла растягивали купол вниз и в стороны, а не сжимали к центру. Иначе под действием строп купол сложится "гармошкой". Внутреннее давление в крыле почти не влияет на расправленность параплана, основная доля зависит только от направления строп, отходящих от секций. Именно поэтому приходится располагать пилота на параплане так низко. Ориентироваться можно проведя мысленно окружность по форме арочности крыла и поместив пилота чуть ниже центра этой окружности. Стропы, соответственно, будут идти почти по радиусам.

Но этот принцип действует на любом парапланоподобном крыле - кайте, парашюте и т.д. Рисунок ниже поясняет сказанное. Подъемная сила на каждой секции действует перпендикулярно поверхности крыла. Поэтому стропы на ушах должны подходить к крылу с углом к нижней поверхности меньше 90 градусов. Тогда суммарный вектор Х между подъемной силой и усилием от строп, будет растягивать купол по размаху. Именно этот замечательный факт позволяет в параплане не иметь жесткого лонжерона для поддержания размаха крыла. Его роль выполняет арочность. Как правило, высота стропления в парапланах около 65-67% от размаха крыла.

Следующим шагом является определение положения воздухозаборников на выбранном вами профиле. Иногда его можно измерить на летающем параплане, если вы копируете его профиль, а иногда эти данные можно найти уже готовые, как например в случае профиля MH92

Как видите, зеленым цветом обозначен участок где находится точка разделения потока на углах атаки от 6 до 15 градусов. Воздухозаборник должен быть как зеленая зона на профиле.


Но более общий и универсальный способ - это виртуально продуть ваш профиль в программе XFLR5 или ее аналогах. Точность получается достаточная для практического использования.

В результате получится картинка вроде такой:

Из нее прекрасно видно, где на передней кромке максимальное давление набегающего потока. Оно должно попадать в размеры воздухозаборника. Важно только помнить, что на разных углах атаки эта точка плавает и воздухозаборники должны иметь ширину, чтобы она попадала в них на всех рабочих углах атаки (обычно от 0..2 до 15-18 градусов).


Также программа XFRL5 может построить график аэродинамического качества профиля (не крыла! у крыла будет в 10-15 раз меньше) от угла атаки. Из него можно определить угол атаки, на котором у профиля будет максимальное аэродинамическое качество. Обычно этот угол принимают за балансировочную скорость полета. Как правило, для применяемых на параплане профилей это угол атаки 7-9 градусов.


Однако программы вроде Surfplan требуют ввода не реального угла атаки в полете, относительно набегающего потока, а обычно под значением AoA (Angle of Attack) подразумевают угол центральной хорды относительно горизонта!!!

Как определить угол крыла параплана относительно горизонта, зная что оно должно лететь под углом атаки 8 градусов относительно набегающего потока?

Есть два способа. Первый это найти отдельно лобовое сопротивление крыла, пилота и строп. Это все вектора, пытающиеся повернуть всю систему параплан+пилот относительно их общего центра масс (примерно в полуметре над головой пилота). Найдя баланс этих сил, найдем угол крыла относительно горизонта, который требуется вводить в Surfplan как "угол атаки". Подробнее в Настольной книге по ссылкам выше и у Иванова.

К счастью, в подавляющем большинстве случаев сопротивление пилота примерно равно сопротивлению крыла со стропами, поэтому этот нюанс можно игнорировать и  пользоваться упрощенным вариантом расчета. К тому же погрешности определения сопротивления купола и строп слишком велики, поэтому точность такого метода не очень высокая.

Так как принципиально полет параплана не отличается от полета кайта, соединенного стропами к кайтером, стоящим на земле, то путем несложных геометрических преобразований можно найти соответствие между реальным углом атаки и тем что надо вводить в Surfplan, выраженное через предполагаемое аэродинамическое качество будущего параплана.

В Surfplan нужно вводить угол AoA = a - (90- arctan(K)), где a - реальный угол атаки относительно набегающего потока (7-9 град), К - предположительное аэродинамическое качество будущего крыла. Для учебных куполов это примерно 7-7.5 единиц, для полуспортивных 8-9, для совсем дуболетов 6-7, для парашютных спидрайдеров и простых кайтов 4, для спидглайдеров и средних кайтов 5-6.

Рисунок ниже поясняет принцип расчета этого угла.

Помимо указания угла центральной хорды относительно горизонта, все программы для проектирования парапланов также требуют указать геометрическую крутку - на сколько "угол атаки" на ушах больше угла на центроплане. На парапланах в подавляющем большинстве случаев применяют положительную крутку. Дело в том, что из-за загнутых вертикально вниз ушей параплана из-за арочности, при снижении на планировании, поток набегает на уши немного под меньшим углом атаки, чем на центроплан. Чтобы компенсировать это уменьшение угла атаки на ушах, нужно их немного задрать вверх, примерно на 2-3 градуса.

Кроме того, положительная крутка помогает растягивать купол по размаху, поэтому к тем 2-3 градусам обычно добавляют еще и саму крутку 2-3 градуса в аэродинамическом смысле. В итоге угол на ушах обычно ставят на 3-5 градусов больше, чем на центроплане. Причем на однослойниках крутка требуется чуть большая, чем на однослойниках, примерно 4-6 градусов. Можно также использовать в параплане аэродинамическую крутку (разные профили по размаху, на ушах ставить более несущие), но в большинстве случае на простых парапланах достаточно чисто геометрической  с одним профилем по всему размаху.


Но что еще более важно, программа XFLR5 показывает где на хорде профиля расположен центр давления (Center of Pressure, CoP в англ. языке). Для тех кто не знает, это как бы суммарный вектор всех аэродинамических сил на профиле. На рисунке выше это большая зеленая стрелка, направленная вверх. Его также можно узнать из атласа профилей, если ваш профиль взят из него.

Центр давления используется для расчета центровки параплана - точки, где сходятся все стропы и где собственно висит пилот. Важно помнить, что центр давления смещается на разных углах атаки и определять его положение нужно на том угле, который будет соответствовать балансировочной скорости полета параплана, т.е. с отпущенными клевантами. Обычно это 7-9 град.

Но кроме центра давления, для расчета центровки понадобится также знать САХ крыла. Так как при разной форме параплана при виде сверху, центровка относительно центральной хорды, которую нужно вводить в Surfplan, будет плавать. Найти САХ крыла можно с помощью упоминавшейся выше небольшой специальной программки CAX.exe по адресу http://www.kiting.org.ua/forum/index.php/t/1756/, инструкция там же. Эта программа сразу показывает какое число надо ввести в Surfplan в качестве точки схождения строп towpoint.

На этом все, упрощенный аэродинамический расчет параплана окончен. Можно печатать выкройки и начинать шить. Купол либо сразу полетит отлично, либо потребует совсем небольшой подстройки стропной системы (удлинить или укоротить буквально на несколько см задние ряды свободных концов).


Еще раз, подытоживая:

1. Стропы должны растягивать купол по размаху, а не сжимать его.
2. Положение и размер воздухозаборников опеределяются из продувки профиля в XFLR5 на всем диапазоне рабочих углов атаки.
3. "Угол атаки" AoA в Surfplan нужно вводить как угол центральной хорды относительно горизонта, найдя его из реального угла атаки ~8 град черед предполагаемое аэродинамическое качество будущего крыла.
4. Крутка на ушах должна быть 3-5 градусов или 4-6 для однослойников.
5. Для центровки towpoint надо определить центр давления профиля с помощью XFLR5 и пересчитать его на центральную хорду с помощью программы CAX.exe.


Что касается безопасности сшитого крыла, то тут два ключевых фактора: расчет прочности, желательно смотреть как устроены серийные купола и повторять их конструкцию. Нитки для пошива купола и строп должны быть не хуже 70ЛЛ с разрывной нагрузкой не менее 2 кг. Для свободных концов и подвески 100-200ЛЛ с р/н не хуже 4-6 кг.

И второй - перед первым полетом нужно поподнимать крыло над собой в средний ветер. Сначала укоротить передние ряды, чтобы купол складывался (фронталил) в зените. Потом удлинить чтобы он вообще не выводился при натяжении свободных концов. И после этого поставить среднее значение между этими пределами или чуть ближе к передней части. Это будет самое безопасное положение. И оно должно с высокой степенью совпадать с расчетным балансировочным положением. В случае несовпадения предпочтение отдавать экспериментальной полевой настройке, а не теоретическим расчетным углам. Первые несколько десятков слетов делать с высоты не более 5-10 м. Потом летать аккуратно блинчиком, без резкого маневрирования.

Эта методика применялась мной на нескольких самодельных куполах, а также несколькими другими самодельщиками.

 

[DesertEagle]

Пара ссылок с кайтового форума с некоторыми уточнениями и подробностями:

http://www.kiting.org.ua/forum/index.php/t/1023/
http://www.kiting.org.ua/forum/index.php/t/1084/


Что касается применяемых на парапланах профилей, то это требует отдельного разговора и выходит за рамки этого упрощенного обзора.

Но если коротко, обычно применяют толстолобые двояковыпуклые нессиметричные профили, близкие к симметричным. Это дает хорошую стойкость к сложениям и хорошее управление с помощью клевант.

Толщина профиля в центре обычно от 15% на спортивных/полуспортивных куполах, 18% на средних и до 22% на учебных/дуболетах. На ушах обычно около 15%.


Типичные парапланерные профили выглядят примерно так:

Есть еще один нюанс выбора профилей, который стоит упомянуть применительно к парапланам.

Так как параплан висит на гибких стропах, то при выходе на отрицательные углы атаки (точнее, на отрицательную подъемную силу, конкретные  углы могут немного отличаться на разных профилях), параплан подворачивает переднюю кромку вниз и складывается. Нет никаких жестких штырей от пилота, которые могли бы удержать его от этого. Складывается крыло либо целиком, всей лопатой (это в обиходе называется фронталкой), либо какой-то одной консолью (ассиметричка). С длиной сложенной консоли, зависящей от условий, приведших к сложению. Из очень легкой ткани, с удачными профилями, жесткостями в носиках нервюр и хорошей проходимостю воздуха внутри крыла между нервюрами, на современных крыльях это не представляет больших проблем. Обычно парапланы даже не меняют курса при небольших сложениях. Однако это требует пояснения как на все это влияет выбор профиля.

Большинство хорошо летающих несущих профилей выпуклые нессиметричные. Из-за особенностей аэродинамики у них при уменьшении угла атаки центр давления (большая зеленая стрелка на скриншоте из XFLR5 выше) сдвигается ближе к хвостику. А так как стропы, грубо говоря, можно заменить общей эквивалентной стропой, прикрепленой к профилю в старом месте центра давления, который был на балансировочном угле атаки, то эта большая целеная стрелка создает вращающий момент относительно точки крепления строп. Стремящийся опустить носик профиля еще сильнее.

Частично от сложения на малом околонулевом угле атаки защищает распределенная по хорде строповка. Но сложится крыло или нет даже на вполне летном околонулевом угле атаки, будет зависеть от того что пересилит - момент профиля, стремящийся опустить нос, или стропы по всей хорде, пытающиеся его удержать и придать заданный конструктором угол.

Поэтому реально парапланы с такими профилями не могут летать на углах атаки меньше 2...3 градусов, так как имеют очень большой шанс сложиться. Выжатый акселератор на них разумнее всего проектировать на угол примерно 4-5 градусов при штатном балансировочном около 8 градусов.

Однако достижение больших скоростей полета сверх 45-50 км/час, требует дальнейшего уменьшения угла атаки.

И тут можно пойти разными путями. Можно применить полностью симметричный профиль, у которого центр давления не сдвигается по хорде с изменением угла атаки. Кстати, это облегчает определение центровки - центр давлению у симметричных профилей лежит ровно на 25% хорды на всем диапазоне рабочих углов атаки. Симметричный профиль позволяет сделать крыло более быстрое, чем на нессиметричных профилях, и при этом довольно несущее.

А можно использовать изначально автостабильные профили, имеющие S-образную среднюю линию. Их еще в парапланах часто называют рефлексными (от англ. reflex). Такие профили отличаются от обычных тем, что при уменьшении угла атаки центр давлений у них сдвигается вперед к носику профиля и создаваемый им вращающий момент относительно строп стремится поднять носик профиля, а не опустить как обычные профили! То есть крыло стремится восстановить свой рабочий угол атаки, определенный центровкой (положением tow point на хорде). Что защищает параплан от сложений. Конечно, это не абсолютная защита, но хороший автостабильный профиль позволяет крылу параплана не складывается примерно до угла атаки -2...-3 градусов. Вызванный, например, резким нисходящим потоком.

К сожалению, плата за это намного худшие летные качества таких профилей. Ведь по сути такой профиль представляет самолет классической схемы, у которого хвостовое оперение приближено вплотную к основному крылу, и увеличена его площадь из-за уменьшения рычага. Эта "хвостовая" часть профиля не создает полезную подъемную силу, а площадь крыла занимает. Но она же балансирует летящий профиль на одном рабочем угле атаки, как хвостовое оперение обычного самолета.

Поэтому в свободных парапланах автостабильыне профили почти никогда не применяются, в лучшем случае с околонулевым Cm=0.02 .. 0.03.

Но автостабильные профили нашли широкое применение в моторных парапланах, где важна скорость и устойчивость к сложениям, а меньшее аэродинамическое качество можно компенсировать более мощным двигателем. (правда автостабильные профили очеь плохо себя ведут при начавшемся сложении, что тоже большая проблема. но моторщики обычно летают в более спокойных условиях, поэтому до сложений как правило просто не доходит).

Автостабильные профили выглядят обычно либо как профиль с выпуклым смещенным назад пузиком, либо как обычный профиль, но с отогнутым вверх хвостиком. В обоих случаях средняя линия имеет S-образность, которая и задает автостабильные свойства профиля.

Это с выпуклым пузом:

А это с отогнутым хвостиком и сравнение с обычным:

Определить, будет ли конкретный профиль автостабильным (найти его момент Cm) может та же программа XFLR5.

Что интересно, достаточно почти на любом профиле отклонить вверх хвостик примерно на 10 градусов, и получается автостабильный профиль!

Вот иллюстрация, взятая отсюда:

Поэтому на парапланах, в том числе на свободных, очень популярной стала смешанная схема. В обычном полете профиль двояковыпуклый нессиметричный, создающий большую подъемную силу и хорошо летящий. А на максимальной скорости полета с выжатым акселератором, свободные концы так искажают профиль, что его хвостик задирается вверх и профиль становится автостабильным. И очень устойчивым к сложениями (хоть и ценой снижения аэродинамического качества, поэтому на спортивных куполах конструкторы этим особо не увлекаются).

Схема искажения профиля свободными концами показана например тут:

Во всем это остается только одна проблема - если на полном акселераторе потянуть за клеванты, то хвостик профиля опустится вниз и профиль из автостабильного превратится в обычный. А так как все происходит на большой скорости и маленьком околонулевом угле атаки, то это может привести сразу к сложению. Это послужило причиной падения и травм нескольких пилотов и привело к изменению схемы управления моторным парапланом на большой скорости (выжатом акселераторе).

Либо клеванты сделали разнесенными из двух частей, чтобы на скорости подруливать более концевыми внешними стропами, где например профиль при акселе сохраняется обычным, а устойчивость к сложениям обеспечивается положительной круткой (то есть на ушах на акселе угол атаки просто больше и безопасен, а околонулевой автостабильный угол делается только на центроплане).

Либо вместо задней кромки подтягивается отдельная ушная стропа! Эта половина крыла становится чуть меньшей проекционной площади и параплан поворачивает в эту сторону. На большой скорости это работает нормально. И совсем не искажает профиль крыла. Этот же способ за ушную стропу применен на однорядном экспериментальном параплане SOL One. У него весь профиль сильно автостабильный, клевант к задней кромке нет вообще. Да и все равно при одном ряде за них нельзя было бы тянуть. Поэтому тянут за ушную стропу.

Надеюсь, этот небольшой обзор внес некоторую ясность с профилями, котоыре применяются в парапланах. Хотя говорить об этом можно бесконечно. И у разных конструкторов/фирм есть свои секреты. Поэтому в дальнейшем возможно найдутся какие-нибудь более удачные решения.

 

[PirotehnikKRSK]

Большой респект вам, многое стало понятно. :~)

 

[mz]

Полезный прибамбас для мотора , аксель  и тримера  заменяет одна рамка .  Если грамотно прицепить - профиль на любой скорости будет ( есть подозрение )  как на чертеже   -  эталон ( без прогибов и подгибов ) .  Изменяем угол атаки крыла  без деформаций  профиля параплана .  Крыло будет работать аналогично дельтаплану .   Эксперимент нужен , продуть на компе .

http://www.pfgtechnologie.be/Cage/sitewebcagebelge/details_techniques/details.htm

http://www.pfgtechnologie.be/Cage/sitewebcagebelge/evolution/evolution.htm

 

[mz]

   DesertEagle , как влияет  арочность  на характеристики крыла ?

 

[DesertEagle]

как влияет  арочность  на характеристики крыла ?

Это сложный и многогранный вопрос, не думаю что я смогу на него толково ответить. Обычно считается, что большая арочность делает крыло более монолитным, что и неудивительно - ведь боковые части сильнее растягивают купол по размаху. И более управляемым в спирали, так как эта "наклоненная" часть уха в спирали оказывается наверху. Но платой за это является уменьшение проекционной прощади и геморой с разным обдувом центроплана и опущенных вниз кончиков крыла.

У именитых производителей есть разные способы борьбы с этим, например использование разных профилей по размаху, которые они отработали на своих предыдущих моделях и инфа о реультатах которых, разумеется, никому другому неизвестна. А у любителей и самодельщиков по сути есть только один способ сделать уши более нагруженными - увеличивать крутку. А слишком большая крутка однозначно снижает летные качества крыла, уменьшает аэродинамическое качество и приводит к более раннему срыву при затягивании клевант. Так что имхо на простых самодельных крыльях арочность должна быть умеренной. Да и вообще, надо читать отзывы о разных крыльях, сравнивать, анализировать и использовать то что больше нравится. Какого-то универсального ответа тут нет, все зависит от комплекса мер. Одно крыло с hi-arc может летать лучше обычного, а другое с маленькой арочностью может оказаться лучше, чем hi-arc ).

Однако первое время, когда спортивные парапланы сделали резкий скачок в удлинении, и обеспечить их жескость было важной задачей, было очень популярным ставить на них чрезмерно большую арочность. Чрезмерную по сравнению с предыдущими поколениями, разумеется. Такие парапланы и получили неофициальное название "hi-arc", так как довольно сильно отличались по арочности от прежних.

Серийные кайты, которые большую часть времени работают в похожем режиме, наклоненные стропами к земле, тоже часто имеют избыточную арочность (я про парафойлы, а не про те у которых строповка только на ушах и такая арочность для них вынужденная мера). Возможно тут есть некие родственные связи. Поэтому в большой арочности определенно есть некоторый смысл, но это надо спрашивать у специалистов или опытных пилотов, летавших на hi-arc. Я этим вопросом как-то не особо задавался. Мне чисто визуально больше нравятся крылья с небольшой арочностью.

 

[DesertEagle]

Полезный прибамбас для мотора , аксель  и тримера  заменяет одна рамка .

Чем меньше железа в конструкции параплана, тем лучше )). Тут уже от карабинчиков на стропах отказываются, заменяя их тряпочными софтлинками, а вы хотите такую бандуру над головой ).

 

[Pisman]

Полезный прибамбас для мотора , аксельи тримеразаменяет одна рамка .Если грамотно прицепить - профиль на любой скорости будет ( есть подозрение )как на чертеже -эталон ( без прогибов и подгибов ) .Изменяем угол атаки крылабез деформацийпрофиля параплана .Крыло будет работать аналогично дельтаплану . Эксперимент нужен , продуть на компе . 

уже давно летает на серийной технике. например у нас:
только сохранять профиль неизменным на разных скоростях- ошибка. и наша спидсистема его тоже деформирует по определенному закону.

 

[KAA]

Для учебных куполов это примерно 7-7.5 единиц, для полуспортивных 8-9, для совсем дуболетов 6-7, для парашютных спидрайдеров и простых кайтов 4, для спидглайдеров и средних кайтов 5-6. 

Вы лично, в штиль со 100м высоты,без термиков,как далеко улетали?

К сожалению, плата за это намного худшие летные качества таких профилей.

Насчёт  "намного"-сомнительный тезис.Особенно отн. симметричных. Например-профиль Д-2.
А в целом-благодарю за просвещенье! 🙂

 

[mz]

DesertEagle , чем отличается аэрошют от параплана . Аэрошют  это американский дуболёт  с автомобильным мотором и грузовым парашютом для транспортировки  американских колобков ?

 

[mz]

уже давно летает на серийной технике. например у нас:
только сохранять профиль неизменным на разных скоростях- ошибка. и наша спидсистема его тоже деформирует по определенному закону.

  Pisman , почему нельзя сохранять на разных скоростях форму профиля ?   Не угол атаки крыла , а форму профиля ? 

 

[Pisman]

Pisman , почему нельзя сохранять на разных скоростях форму профиля ? Не угол атаки крыла , а форму профиля ?

на малых скоростях=больших углах оптимален высоконесущий несимметричный профиль. на больших скоростях=малых углах жить будет только S- образный

 

[DesertEagle]

Вы лично, в штиль со 100м высоты,без термиков,как далеко улетали?

Да, я лично ради интереса занимался замерами качества в моторном и безмоторном полетах на нескольких разных крыльях. С помощью GPS напрямую, засекая время и снижение в полете, а также анализировал потом по трекам. Ветер, разные направления пролета, все это учитывалось. Точность GPS невысока, но полетов на замер качества было несколько десятков в разные дни с разным "штилем" (вы наверно знаете, настоящего штиля в природе никогда не бывает =)). Поэтому набралась некая средняя статистика, которой я склонен верить.

Меня тоже сначала терзали смутные сомнения насчет заявляемых цифр =). Но в общем-то оказалось, что на более менее современных парапланах заявляемое качество примерно соответствует реальности.

Но только при одном условии - это действительно _максимальное_ аэродинамическое качество. Достижимое только в хорошей лежачей подвеске (а у спортивных куполов обязательно в коконе), и только на одной определенной скорости и определенном положении пилота в подвеске. Грубо говоря, надо сначала долго летать, подбирая и оттачивая положение клевант и тела, где купол летит лучше всего. Я, как и все, тренировался в динамике и в термиках, следя за показаниями вариометра. После во время замера надо вжаться в подвеску, не шевелиться и желательно не дышать =))). Стоит сесть попрямее, расставить локти в сторону или например ноги подогнуть под себя вместо вытянутых вперед в одну линию, и качество резко портится. На единицу и более. Про парамотор даже не говорю. Если купол старый и дуется, то у него качество тоже падает на 1-2 единиц запросто. Так что понятие качества на парапланах понятие весьма условное, зависит от множества факторов... Максимальное почти никогда не достигается в обычных полетах...

Для примера, был у меня неплохой крыл класса 1-2 с заявляемым качеством 8.5 единиц. Довольно большое значение по тем временам. И я действтельно намерял на нем максимально качество около 8.3: балансировочная 36 км/час, снижение 1.2 м/с. Вместо обещанных 1.1 м/с, кстати. Правда подвеска у меня была обычная, не кокон, но настроенная на полулежачее маршрутное положение. С однокольцевым парамотором и застопоренным винтом, как я ни усаживался в подвеске, лучше чем 35 км/час и 1.3 м/с, добиться не удалось. Это качество (35/3.6)/1.3 = 7.5

Что тоже очень хороший результат, потому что стоило сесть поудобнее, более вертикально, снижение возрастало до 1.5 м/с и качество становилось 6.5 единиц. Вот с таким реальным качеством я и летал с парамотором большую часть времени на том крыле. Вместо 8.5 единиц. Это к вопросу расчета необходимой тяги для горизонтального полета. В парапланах можно смело отнимать 1.5-2 единиц от максимального заявляемого качества. Причем чем оно было выше, тем существеннее будет штраф. В итоге, думаю, на парамоторах каким бы ни было крыло, реально все скатывается к качеству около 6 единиц, а иногда и до 5. А если постараться, на хорошем летучем крыле можно выжать около 7-8, но о комфорте придется забыть.

Другой пример - есть у меня специальный 15 м2 спидглайдер с относительно высоким аэродин. качеством, так как имеет много секций и большое проекционное удлинение для такой площади. При слетах с горки в штиль, мне на нем в лучших попытках удавалось пролетать такое же расстояние, как обычным парапланам при средних попытках. Позже я на нем намерял в свободном полете максимальное качество 6-6.5 единиц.

Но с парамотором качество у него никогда не поднималось выше 5 единиц (лучший результат: скорость 45 км/час, снижение 2.5 м/с), а чаще было около 4.5 единиц: на той же балансировочной 45 км/час, снижение 2.7-2.8 м/с.

Эти же цифры подтверждаются расчетом через тягу. На нем горизонтально я могу лететь с динамической (пересчитанной из статической на скорость 45 км/час) тягой 25 кг. При моем влетном весе 110 кг, это дает качество К = m/T = 110 кг / 25 кг = 4.4.

Правда на рекордных парапланах с заявляемым качеством 10-11 я не летал, но читал о замерах в каком-то журнале. Удивительно, но максимальное качество у них действительно такое... Хотя конечно большую часть времени полета он будет лететь на меньшем качестве, где-то под 8 единиц. Максимальное достижимо только в идеальных условиях, которые почти не бывают в полете. А выигрывают такие парапланы в соревновнаниях не потому что имеют большее максимальное качество, чем обычные 1-2, а потому что имеют заметно большее качество на _большой_ скорости полета, где у обычных куполов качество катастрофически снижается.

Насчёт  "намного"-сомнительный тезис.Особенно отн. симметричных. Например-профиль Д-2.А в целом-благодарю за просвещенье!

Осносительно симметричные - это как раз "обычные" профили для параплана ). С ними они выше 50-53 км/час не разгоняются... Те скорости, что сейчас достигнуты на моторных куполах 65-70 км/час, это на профилях совсем уж несимметричных )). С развитой S-образностью. Там по сути пилот висит на переднем А-ряду, остальные ряды провисают без нагрузки. Поэтому качество на таком профиле ужасное.

Для примера, можно оценить с типичным парамоторным винтом 125х63 см, который от движка 17 л.с. на 2800 об/мин дает статическую тягу 55 кг. На рефлексном куполе на полной скорости с такой тягой набора уже обычно нет, в лучшем случае поддерживается горизонтальный полет.

На скорости 60 км/час, такой винт от 17 л.с. даст динамическую тягу не более 45 кг (с раскруткой до 2880 об/мин из-за разгрузки от скорости, чтобы потребить моторные 17 л.с.).  У пилота весом 70 кг, взлетный вес составляет обычно около 110 кг. Считаем качество К = 110 кг / 45 кг = 2.44 единиц! На практике некоторые говорят, что иногда с такой тягой имеется малюсенькая скороподъемность на полном акселе, так что качество может быть чуть выше, на уровне около 3 единиц. Видимо зависит от сопротивления кольца ограждения конкретного парамотора и позы пилота в подвеске.

Вот это я и имел ввиду под намного худшим качеством парапланерных рефлексных профилей на большой скорости. Качество 2.5 на 60 км/час против реальных 7-8 единиц на скорости 35 км/час, когда этот рефлекс триммерами приведен к виду обычного близкого к симметричному парапланерному профилю.

А в целом-благодарю за просвещенье!

Я никоим образом не имею отношения к парапланерным производителям, так что все вышесказанное либо мои личные замеры, либо мои домыслы. =) Поэтому на абсолютную истину не претендую. Но как оказалось по своему опыту, спроектировать простенький, но достаточно хорошо летающий и безопасный параплан не так уж сложно, как кажется со стороны. А шить оказалось совсем просто - вырезай ткань по распечатанным шаблонам, да аккуратно сшивай по нарисованным линиям. Справится даже домохозяйка. Долго конечно, но совсем не сложно.

 

[DesertEagle]

на малых скоростях=больших углах оптимален высоконесущий несимметричный профиль. на больших скоростях=малых углах жить будет только S- образный

+1

 

[mz]

А шить оказалось совсем просто - вырезай ткань по распечатанным шаблонам, да аккуратно сшивай по нарисованным линиям. Справится даже домохозяйка. Долго конечно, но совсем не сложно.

В какой последовательности сшивают (собирают ) крыло параплана ?   Как полотна совмещают  по меткам  или  на клей ?
У разных домохозяек  по одним выкройкам  на выходе могут быть очень не похожие модели .   Какой допуск  при пошиве 
+- 1мм , +- 5мм ?   Или на сколько мм могут отличаться крылья
одного размера .  При  погрешности в 1 мм на секцию = 50 -60 мм .

 

[KAA]

Но только при одном условии - это действительно _максимальное_ аэродинамическое качество. Достижимое только в хорошей лежачей подвеске (а у спортивных куполов обязательно в коконе), и только на одной определенной скорости и определенном положении пилота в подвеске. Грубо говоря, надо сначала долго летать, подбирая и оттачивая положение клевант и тела, где купол летит лучше всего. 

Ну в общем,понятно, почему в спонтанных соревнованиях на дальность, даже на "компетишенах" -3-ках редко удаётся реализовать К=8. 🙂

Другой пример - есть у меня специальный 15 м2 спидглайдер с относительно высоким аэродин. качеством, так как имеет много секций и большое проекционное удлинение для такой площади. При слетах с горки в штиль, мне на нем в лучших попытках удавалось пролетать такое же расстояние, как обычным парапланам при средних попытках. Позже я на нем намерял в свободном полете максимальное качество 6-6.5 единиц.

Видимо, тут дело в том, что Сх таких крыльев заметно больше, из-за большей доли Сх пилота в подвеске. Остаётся вопрос:
Для чего такие крылья нужны вообще?

Я никоим образом не имею отношения к парапланерным производителям, так что все вышесказанное либо мои личные замеры, либо мои домыслы. =) Поэтому на абсолютную истину не претендую.

Вы в доступной форме изложили ряд нюансов  аэродинамики и конструкции тряпочного крыла, до осмысления которых мои собственные мозги бы не дошли,а знать не мешает, ибо на "тряпках" я летаю. 🙂

 

[DesertEagle]

чем отличается аэрошют от параплана

В основном, удлинением... Из-за малого удлинения максимальное аэродинамическое качество у аэрошютов не более 3-4 единиц (речь о классических прямоугольных). Максимальное на оптимальном режиме полета, а в среднем во время эксплуатации может быть и ниже, 2.5-3 единиц.

Причем количество секций и толщина крыла при таком удлинении на аэродинамическое качество влияют слабо. То есть если сделать аэрошют с сотней секций, маленькими воздухозаборниками и более тонким профилем, то он будет лететь быстрее (так сопротивление крыла уменьшилось), но качество будет примерно таким же низким. Ну, максимум 4-5.5 единиц где-то... Посмотрите на свуперские скоростные парашюты например, они пошли по такому пути.

Малое качество 3-4 единиц аэрошюта требует большой тяги, так как для горизонтального полета нужна тяга T = m/K, где Т - тяга в кг (динамическая на скорости полета), m -взлетная масса, К - качество. То есть для аэрошюта взлетным весом 350 кг, только для горизонта нужна тяга 350/3.5 = 100 кг. А для набора высоты нужно хотя бы в полтора раза больше: 150 кг. Вот и выходит, что для такого веса аэрошюта нужен минимум РМЗ-500 (50 л.с.), который выдает около 140 кг, и то мотор будет работать на пределе.

Однако небольшое удлинение купола означает, что стропы до него будут короткими (см. выше про то что стропы должны растягивать купол по размаху). А это означает меньшую маятниковую раскачку в полете, не говоря что сами по себе крылья с малым удлинением более устойчивы к турбулентности - позволяют выходить на большие угла атаки и т.д. Парашют он и есть дубовый парашют, что тут скажешь )).

Поэтому как ЛА аэрошюты вполне имеют право на существование. Просто пилот должен понимать чем он жертвует (аэродн. качество, мощность мотора, вес) и что получает. Кроме того, есть ведь разные промежуточные варианты между прямоугольным аэрошютом и парапланом. Очевидно, что где-то там должен находиться оптимум между дубовостью и летучестью... Я верю, что используя парапланерные достижения (немного увеличив удлинение, используя более эллипсовидную форму, двояковыпуклые профили, искажение триммерами профиля до S-образного на больших скоростях и т.д.), можно сделать аэрошют, который будет иметь все преимущества квадратного, но будет летать заметно лучше - быстрее, требовать меньший мотор и т.д. Похоже, именно так и развиваются сейчас тяжелые паралеты/аэрошюты. Главное не перегнуть палку и не сделать из него обычный параплан =).

 

[DesertEagle]

В какой последовательности сшивают (собирают ) крыло параплана ? 

Есть два наиболее распространенных способа, первый - сшить нижнюю поверхность с нервюрами на всем крыле, а потом к ним пришивать по одной верхние полотна. Другой способ - брать полоски ткани только для одной секции и сшивать одну секцию целиком. Потом следующую секцию и т.д.. В итоге готовый параплан "вырастает" слева от швейной машинки. А последнюю секцию на ухе выворачивают как носок наизнанку и сшивают, а потом возвращают обратно. В итоге все швы оказываются внутренними, нитки на нервюрах снаружи не торчат.

Какой способ выбрать - дело вкуса. На маленьких кайтах площадью 2-5 м2 часто используют первый. На парапланах чаще всего второй, так как он занимает меньше места. Все это есть с картинками на форуме самодельщиков кайтов, технология впошива ведь одинаковая.

Как полотна совмещают  по меткам  или  на клей ?

Совмещают по синхронизирующим меткам, нарисованным одновременно на нервюре и полотнах. Они называются "реперные точки". Все программы умеют их выводить на печать.

Секции сначала собирают на булавках с интервалом примерно 10-30 см, в зависимости от кривизны текущего участка профиля (на лобике часто, у хвостика редко). Если булавки вколоты перпендикулярно шву, то машинкой можно шить прямо по ним - иголка соскальзывает с булавки и почти никогда не ломается.

Но я обнаружил, что намного удобнее использовать черные канцелярские зажимы для бумаг, вот такие. Ткань из них не выскальзывает, а ими очень удобно пользоваться - легко снимаются при шитье, не колятся, невозможно забыть в куполе как булавку и т.д.. Всем самодельщикам очень рекомендую.

У разных домохозяек  по одним выкройкам  на выходе могут быть очень не похожие модели .   Какой допуск  при пошиве +- 1мм , +- 5мм ?

При шитье допуск как раз такой, какой получается в реальности 🙂. Если шов от линии отклонится где-то на 3-5 мм, то ничего страшного. Морщины на крыле и растягиваемость ткани все равно перекрывают такие мелкие ошибки. Но на практике это еще нужно постараться так отклониться! Машинки так устроены, что точность сама получается не более 1-2 мм от нарисованной линии. На них есть размеченные направляющие под тканью, которые помогают вести шов, скажем, ровно в 1.5 см от края ткани даже без всякой разметки. Тут важнее, чтобы ткань была нарезана ровно, а ровно шить - это самое простое.

При  погрешности в 1 мм на секцию = 50 -60 мм .

Погрешности не так складываются ). Они в обе стороны, поэтому среднестатистические отклонения на несколько мм от линии сшивки, на общем размахе параплана не сказываются.

Поэтому с пошивом все хорошо, большая точность не нужна =). А 20-ти кратный запас прочности параплана гарантирует, что даже при неаккуратных строчках и неопытной швее, с прочностью тоже все будет ок. Но конечно в суперсовременных куполах требования повыше, я говорю сейчас о самодельных крыльях, кайтах и т.д..