Динамика полёта крылатого ла-ликбез

Материал из Multicopter Wiki
(Различия между версиями)
Перейти к: навигация, поиск
 
(не показаны 227 промежуточных версий 99 участников)
Строка 1: Строка 1:
динамика полёта крылатого ла
+
динамика полёта крылатого ла-----автор Книжников ВВ
  
Общее уравнение полёзной мощности полёта(ватт) как произведение силы тяги вмг(ньютон) на скорость полёта ла(метр/сек)
+
динамика полёта крылатого ла---это летные хар-ки ла от скорости сваливания Vo до максимальной воздушной скорости в пологом пикировании Vпик,
  
Pпол=Fтяги Vпол=(2пиMKв/h)(hf)=MwKв=PмехKПДв --- для поршневых ДВС,где КПДвинта=Кво(h/Но)2=Кво(Куп)2
+
где соотношение этих скоростей называется коэф запаса скорости по сваливанию Кvзап=Vпик/Vсвал=Vмакси/Vмин=2.5 оптимально для самолёта !
 +
 +
Диапазон от скорости сваливания и до скорости планирования на максимальном аэрокачестве называется аварийный режим----взлёт, посадка, парение!!!
  
для электро вмг моделей средних габаритов ----
+
скорость сваливания ла----Vo=4(m /Sкр Cymax)^0.5
  
Pпол=UI КПДэд КПДв=0.5Рэл !!!
 
  
+
Диапазон от скорости планирования и до скорости максимальной называется основной режим----крейсер, вираж, гонка!!!
  
теорит. скорость потока через винт в полёте через просадку частоты вращения Vтеор=Hоf=0.81 Hо Uакку Kxx----
+
скорость планирования на максимальном АК ла----Vпл=5(m /Sкр Cymax)^0.5,
  
методика хорошо описывает самолётные винты с относительным шагом ш/д=0.6-1.1
 
  
Существуют пять  основных режима работы электро вмг в зависимости от режимов полёта ла,где текущая поступь винта увеличивается с разгрузкой вмг по моменту сопротивления----например
+
режим долёта против ветра авиамодели без мотора под углом пикирования к горизонту----глиссада
 
+
длина текущей поступи меняется как(hстоп=h1)<h2<h3<h4<(h5=Hо),
+
 
+
и длина скольжение Lтек=Hо-hтек
+
 
   
 
   
h1) самый высоконагруженный режим это момент трогания при разбеге на полном газу или  режим стопа характеризуется пиком  момента сопротивления  наведённый тягой винта M=FH/2ПИ на максимальных углах атаки лопастей , то есть максимальное скольжение винта относительно среды и пик мощности мотора ------кратковременная пиковая сила тока через электромотор на максимальной удельной мощности 4-6 вт/г ограниченна удельной тепловой мощностью рассеивания не более 1вт/г при среднем обдуве 15-20 м/с с приращением температуры 100 градусов С плюс температура воздуха!!!
+
  воздушная скорость пикирования ---Vпике=10(m/Sкр Сумах)^0.5
 
+
для электро-вмг
+
 
+
зависимость пиковой силы тока от массы мотора и омического сопротивления ---- 
+
 
+
Iпик=(Pтеп/R)0.5=(m(г)/R)0.5!!!
+
 
+
сила тока вмг от геометрии винта, электромехан. константы и напряжения----
+
 
    
 
    
Iст=0.08Кр(DKxx)3 (HUакку)2
+
в -30---25 гр для самолёта с шасси и подвесом
  
где коэф . мощности винта Кр=0.6-1.6 зависит от удлинения и профиля лопасти и кол- ва лопастей ( 1-4штуки)
+
в -20---15 гр для чистых бпла
  
сила тяги на стопе от геометрии винта,эл-мех.константы и напряжения ----
+
в -10---5 гр для планера
  
Fст=0.1КрHD(DUаккуKxx)2
+
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
 +
для безмоторного планера, где эквивалент тяги это проекция в горизонт суммы векторов всех сил при угле глиссады в режиме планирования а(гр)=arctg(1/АКмах), где  Cyопт=0.62Cymax зависит от типа профиля крыла для авиамодельной размерности!!!----
  
мощность потребления вмг на стопе от тяги и теоритической скорости потока ----
+
Vплан=(2mg /pо Sкр Cyопт)^0.5=1.6(mg/Куд Сумах))^0.5/CAXкр
  
Pпот=UаккуIст=FстVтеор=FстHоfст
+
видно важную особенность----чтобы быстро планировать против ветра надо разгибать профиль крыла в симметричный и изначально иметь узкое крыло и большую массу ла----типичный кинетический хотлайнер или кроссовый планер!!!
 +
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
  
подбор диаметра и шага воздушного винта от диаметра и длины статора бесколлектор. мотора (H+D)мм=10(d+l)мм
+
академическая формула скорости для всех типов крылатых ла с винтовым движителем--------Vмах=Vо Кск=(2mg /pо Sкр Cyмах)^0.5 (Тст АКмах)^1/Z
  
h2) чуть менее тяжелый режим это набор высоты под углом к горизонту в набегающем потоке или в крутом вираже----разгрузка винта по моменту сопротивления и падение силы тока и мощности потребления в 1.1 раза от режима стопа!!!
+
для самолётов с ДВС с двояковыпуклым несимметричным профилем крыла 12%------ Vгор=(2Fст Кв Сул AKmax/ро Cyмах Sкр)^0.5=1.25(Fст AKmax/Sкр)^0.5
  
коэф. относительного запаса тяги Кт или перегрузка ла в вираже зависит от произведения тяговооруженности Tст на максимальное аэродинамическое качество AKмах ------  
+
для пилотажных авиамоделей самолётов с э-ВМГ------ Vгор=(1.0коп--1.2пил--1.4сам--1.6гон)(Fст Как/Сумах)^0.5/САХкр
 
+
Kперегрузка=Кт=Fст/Fxmin=Tст х AKмах=(Kскор)2
+
 
+
тяга при подъёме в горку это сумма векторов силы тяжести и аэродинамической нормали крыла и минимального лобового сопротивления ла в полёте или тяговооруженность в горке это сумма синуса угла подъёма а и обратной 1/АКмах=Сх/Су----
+
 
+
сила тяги Fобщ=Fрезульт+Fх=mg(sin a+1/AKmax)=0.71Iст/HоKxx-----
+
 
+
тяговооруженность вмг Т=F/mg=(sin a+1/AKmax) -----
+
 
+
вертикальный набор высоты при большой энерговооруженности ла более 300вт/кг полётной массы,----
+
тогда максимальная тяга в полёте Fобщ=mg+Fх=1.1mg
+
 
+
сила тока от массы ла, геометрии винта и эл-мех.константы----
+
 
+
I=1.2mgHоKxx=14mНгеомКхх
+
 
+
h3) режим вмг в горизонтальном полёте на максимальной воздушной скорости ла на полном газе при реактивной тяге запертой лобовым сопротивлением с разгрузкой момента винта в 1.3 раза от стенда
+
 
+
коэф . относительного запаса скорости полёта----
+
 
+
Kск=Vпол/Vпл=(Тст х АКмах)0.5=(Fст/Fxmin)0.5=(Kт)0.5
+
 
+
макси. скорость гориз. полёта
+
 
+
Vпол=Vпл(Kт)0.5=(mgКпл/Sкр)0.5(Тст х АКмах)0.5=(КплFст x АКмах/Sкр)0.5
+
 
+
Кпл=1.5 для вогнутовыпуклого----Кпл=2.0  плосковыпуклого---- Кпл=2.5 двояковыпуклого----Кпл=3.0 симметричного
+
 
   
 
   
зависимость силы лобового сопротивления  от запаса скорости полёта ла----
+
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
 +
сила лоб. сопротивления Fлоб.соп.=mg(Kск)^X/АКмах
  
Fx=mg/AKтек=10m(Kv)Х /AKмax,
+
максимальное аэрокачество  ла  эмпирически пропорционально  удлинению крыла ---
  
  где степень Х=1 для симметричного профиля крыла, Х=5/4 для несимметричного двояковыпуклого,
+
  АКмах=Как Куд, где Куд=Sкр/CAX^2
Х=4/3 для змееобразных, Х=3/2 для плосковыпуклого, Х=2 для вогнутовыпуклого!!!
+
  
сила тока  I=1.2FНгеомКхх
+
для авиамоделей на двух-кратной скорости планирования или 2.5Vсвал
  
  
 +
самолёт с шасси и грузовым подвесом Как=1----------- Fлоб.сопр = 0.5mg
  
 +
пилотажка-бойцовка Как=1.2--------------------------- Fлоб.сопр = 0.45mg
  
 +
короткое лк  Как=2------------------------------------Fлоб.сопр = 0.4mg
  
+
птицелёт Как=1.3--------------------------------------Fлоб.сопр = 0.35mg
связь эффективности  пропульсивной системы ---
+
  
КПДпроп.сис=КПДнач.винта х(Куп)2=(0.85--0.95)х(Vполёт/Vпоток)2
+
аэрочистый бпла-классика Как=1.4--------------------- Fлоб.сопр = 0.3mg
  
h4) разгруженный режим вмг в полгаза---это крейсерская скорость горизонтального полёта  на максимальном АК  или скорость планирования при оптимальном угле атаки крыла ----
+
гонка-классика Как=1.8--------------------------------Fлоб.сопр = 0.25mg
  
I=mgHоKxx/AKmax
+
хотлайнер Как=1.5-------------------------------------Fлоб.сопр = 0.15mg
  
h5) максимально разгруженный режим вмг это пикирование на полном газу под углом в 30гр, когда винт полностью вырождается в нулевую тягу----максимальная воздушная скорость Vмах=Hfхх= Ho Uакку Kxx----Iпик=Iхх
+
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
  
шаг винта нулевой тяги Но=Нгеом(Сулоп)Ч----где Сулоп=Сумах профиля лопасти, степень Ч=0.5D/Hгеом, эмпирически Но=(1.1-1.3)Нгеом
+
Оптимизация размеров винта для конкретного типа ла
  
 +
эмпирически параметры двухлопастного воздушного винта на пик мощности вмг---диаметр Dмах=1.1Сумах САХкр-----------шаг Н=0.9САХкр
  
 +
для мотопланера-парителя при Кв=0.5----- D=1.8САХ
  
 +
для самолёта с шасси и внешним грузом при Кв=0.65------D=1.4САХ
  
немного теории
+
для пилотажки-бойцовки при Кв=0.7---------- D=1.3САХ
  
общее уравнение динамики ла в горизонтальном полёте---- это сила текущей тяги уравновешенна наведённой силой лобового аэродинамического сопротивления---- тогда тяга в горизонтальном полёте Fтек.тяги =Fлоб.сопр
+
для птицелёта при Кв=0.75---------- D=1.2САХ
+
Fтек.тяги = Fст КПДв / (Кск)Y ---- функция падения тяги винта
+
+
Fлоб.сопр = mg (Кск)X / AKмах---- функция наростания аэросопротивления
+
+
главная формула авиации----дозвуковая скорость полёта ла в вязкой среде(это фундаментальная зависимость---её не объехать и не обойти)
+
  
(Kск)Z=КПДв Tст AKмах ,где Z=Х+Y
+
для чистого БПЛА классика при Кв=0.8---- D=1.1САХ
  
Х=1.25(Сумах) ----степень наростания лобового сопротивления от скорости полёта ла зависит от формы профиля крыла
+
для гонки-классики при Кв=0.9------------D=1.0САХ
  
Y=0--1 степень падения тяги от скорости полёта ла зависит от типа
+
для гоночного хотлайнера при Кв=1-------  D=0.9САХ
движителя (открытый винт или пропеллер 0.5, импеллер1.0, трд(турбина) 0, пульсирующий реактивный  двигатель 0, жидкостный ракетный двигатель 0)
+
  
 +
для короткокрылого лк-бесхвостка при Кв=0.9---------D=0.75САХ----Н=0.67САХлк потому что эффективное САХ змееобразного профиля (0.75-0.8)САХлк
  
 +
-пересчёт диаметра многолопастного винта от двухлопастного ------ Dтрёхлоп=0.9 D ---- Dчетырёхлоп=0.84 D
  
1) для реактивных снарядов (ракеты) и дирижаблей---- (Kск)2=Tст
+
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
  
2) для турбореактивной авиации----(Kск)1.5=Tст AKмах=Кт
+
  для э-ВМГ потребляемая мощность в полёте на полном газу----Рэл(вт)=Fст Vмах---- круиз в пол-газа Ркрейс=Рэл/3
  
для импеллеров ---(Kск)2=0.8Tст AKмах=Fст/Fмин
+
на стопе для электро авиамодели ----- Рэл(вт)=1.7(Fст)^1.5/D
  
3) для лк и гонок----(Kск)1.5=КПДв Tст AKмах 
+
на стопе для ДВС авиамодели------ Рмех(вт)=1.3(Fст)^1.5/D
+
4) для моделей самолетов ----(Kск)2=КПДв Tст AKмах 
+
  
5) для мультикоптеров и вертолётов----(Kск)2=Tст (Kмид (H/D))0.5
+
смотри статью "типы ла-ликбез"
  
  
 
+
[[Файл:микропланер.jpg]]
этс
+
В физике движения транспортных средств в вязкой среде  применяется понятие эффективности транспортной системы (ЭТС) как соотношение поглащенного импульса к потребляемой мощности----масса(кг) х скорость перемещения относительно вязкой среды (м/с) и делить на входную мощность (вт)-----физический смысл это функция обратная ускорению торможения 1/(м в с2), чем ниже торможение тем выше этс!
+
 
+
Pвх=Рпогщ/КПДвмг=FтекVпол/КПДвмг=(mgTст/(Кск)Y) ((Kск)Х Vплан)/КПДвмг=(Kр)(mgVплан)/КПДвмг(Кск)Y,
+
 
+
где Kр=(Кск)X Tст= Рстоп/Рмин--коэф.запаса мощности
+
 
+
ЭТС=mVпол/Pвх=КПДвмг (Кск)Y / Tg=КПДвмг (Кск)Y АКмах/gКт =0.1КПДвмг (Кск)Y АКмах / (Кск)Z=0.1КПДвмг АКмах/(Кск)X
+
 
+
вывод-----эффективность самолёта прямо пропорциональна общей эффективности вмг
+
КПДвмг=КПДпроп.сис КПДэд КПДакку , максимальному аэродинамическому качеству  и обратна запасу скорости и ускорению свободного падения !!!
+
 
+
 
+
+
 
+
 
+
 
+
 
+
расчёт максимальной горизонтальной скорости полёта по частоте вращения в оборотах в секунду----Vпол=Vтеор Kуп=(Ho fпол)(KПДв/Кво)0.5 =(1.14Hгеом) (1.1fст) (КПДв/0.9)0.5=1.32 Hгеом fст(КПДв)0.5--------при КПДв=60% скорость полёта равна скорости потока на стенде!!!
+
+
 
+
 
+
 
+
главная формула максимальной воздушной горизонтальной скорости крылатых ла (расчёт по тяге винта на стопе)
+
+
 
+
Vпол=1.73(Fст Как КПДв/р Сумах)0.5/CAX,----фундаментальная физическая зависимость по методу Книжникова ВВ
+
 
+
 
+
после всех преобразований получается практическая формула применения максимальной воздушной горизонтальной скорости
+
крылатых ла (авиамодели),где скорость обратна САХ крыла и прямо пропорционально квадратному корню из силы тяги на стопе!!!для
+
 
+
мотопланера с удлинением более 10ед----  Vпол=1.35(Fст)0.5/CAX
+
 
+
классического самолёта с шасси (истребитель)--Vпол=1.2(Fст)0.5/CAX
+
 
+
БПЛА самолётного типа с уд. более 7 ед ----Vпол=1.55(Fст)0.5/CAX
+
 
+
летающего крыла с уд. более 3ед---- Vпол=1.8(Fст)0.5/CAX
+
 
+
пилотажки с симметричным профилем -----Vпол=1.5(Fст)0.5/CAX
+
 
+
гонки с тонким ламинизированным сим.проф.----Vпол=2.1(Fст)0.5/CAX
+
 
+
вертолётов и мультироторов----Vпол=1.2(Fст)0.5/D---
+
(у всех  коптеров диаметр несущего винта и есть аналог САХ крыла)
+
 
+
желательно,чтобы максимальная скорость полёта была не менее двух скоростей сваливания
+
 
+
 
+
мощность силовой установки в полёте
+
 
+
мощность на валу для винтовых поршневых ДВС ----Pмех=0.8FстVпол
+
 
+
электрическая потребляемая мощность ВМГ -----Pпот=FстVпол
+
 
+
для электро импеллеров -----Pпот=1.4FстVпол
+
 
+
 
+
крейсерская скорость в пол  газа ----Vкрейс=0.7Vмах
+
и круизная мощность Pкруйз=0.35Рпот
+
 
+
 
+
для безмоторного планера, где эквивалент тяги это проекция в горизонт суммы векторов всех сил при угле глиссады в режиме планирования----Vплан=2.2(Fмин)0.5/(CAX Сумах), где Fмин=mg/AKмах!!!
+
видно важную особенность----чтобы быстро планировать против ветра надо разгибать профиль крыла в симметричный и изначально иметь узкое крыло и большую массу ла!!!
+
 
+
 
+
Сначало исходя из выше перечисленных закономерностей  было расчитано маленькое скоростное летающее крылошко класса суперлайт250г с ФПВ!  ТТХ следующие-----
+
 
+
1) масса планера 100г,где трапецевидное крыло массой 75г, размах 70см и ширина у корня 15см и 10см на концах, стреловидность 20гр, симметричный 10% профиль, фюзеляж с килём 25г! АКмах=7, САХ=0.13м
+
+
2) масса ЭМУ 90г, где тянущая вмг суммарной массой  30г=18г(бк.электромотор1806---2400)+3г(двухлоп.винт 5Х4.3)+9г(рх с проводами 10а) и  липо-акку 11.1вх0.8ач (рейтинг 12С) массой 60г!
+
 
+
3) электроника суммарной массой 30г=18г(две сервы на 1.5кгсм)+5г(пяти канал.ру приёмник 2.4Г)+7г(камера с передатчиком 5.8Г на 200мвт)!
+
 
+
Итого полётная масса всего 220г !
+
+
тогда при тяге на стопе 3.6н=360г силы получаем скорость полёта  28м/с=100км/ч при потребляемой мощи в 100вт и время полёта на полном газу около 6 минут
+

Текущая версия на 15:15, 23 июня 2024

динамика полёта крылатого ла-----автор Книжников ВВ

динамика полёта крылатого ла---это летные хар-ки ла от скорости сваливания Vo до максимальной воздушной скорости в пологом пикировании Vпик,

где соотношение этих скоростей называется коэф запаса скорости по сваливанию Кvзап=Vпик/Vсвал=Vмакси/Vмин=2.5 оптимально для самолёта !

Диапазон от скорости сваливания и до скорости планирования на максимальном аэрокачестве называется аварийный режим----взлёт, посадка, парение!!!

скорость сваливания ла----Vo=4(m /Sкр Cymax)^0.5


Диапазон от скорости планирования и до скорости максимальной называется основной режим----крейсер, вираж, гонка!!!

скорость планирования на максимальном АК ла----Vпл=5(m /Sкр Cymax)^0.5, 


режим долёта против ветра авиамодели без мотора под углом пикирования к горизонту----глиссада

воздушная скорость пикирования ---Vпике=10(m/Sкр Сумах)^0.5
 

в -30---25 гр для самолёта с шасси и подвесом

в -20---15 гр для чистых бпла

в -10---5 гр для планера


для безмоторного планера, где эквивалент тяги это проекция в горизонт суммы векторов всех сил при угле глиссады в режиме планирования а(гр)=arctg(1/АКмах), где Cyопт=0.62Cymax зависит от типа профиля крыла для авиамодельной размерности!!!----

Vплан=(2mg /pо Sкр Cyопт)^0.5=1.6(mg/Куд Сумах))^0.5/CAXкр

видно важную особенность----чтобы быстро планировать против ветра надо разгибать профиль крыла в симметричный и изначально иметь узкое крыло и большую массу ла----типичный кинетический хотлайнер или кроссовый планер!!!


академическая формула скорости для всех типов крылатых ла с винтовым движителем--------Vмах=Vо Кск=(2mg /pо Sкр Cyмах)^0.5 (Тст АКмах)^1/Z

для самолётов с ДВС с двояковыпуклым несимметричным профилем крыла 12%------ Vгор=(2Fст Кв Сул AKmax/ро Cyмах Sкр)^0.5=1.25(Fст AKmax/Sкр)^0.5

для пилотажных авиамоделей самолётов с э-ВМГ------ Vгор=(1.0коп--1.2пил--1.4сам--1.6гон)(Fст Как/Сумах)^0.5/САХкр


сила лоб. сопротивления Fлоб.соп.=mg(Kск)^X/АКмах

максимальное аэрокачество ла эмпирически пропорционально удлинению крыла ---

АКмах=Как Куд, где Куд=Sкр/CAX^2

для авиамоделей на двух-кратной скорости планирования или 2.5Vсвал


самолёт с шасси и грузовым подвесом Как=1----------- Fлоб.сопр = 0.5mg

пилотажка-бойцовка Как=1.2--------------------------- Fлоб.сопр = 0.45mg

короткое лк Как=2------------------------------------Fлоб.сопр = 0.4mg

птицелёт Как=1.3--------------------------------------Fлоб.сопр = 0.35mg

аэрочистый бпла-классика Как=1.4--------------------- Fлоб.сопр = 0.3mg

гонка-классика Как=1.8--------------------------------Fлоб.сопр = 0.25mg

хотлайнер Как=1.5-------------------------------------Fлоб.сопр = 0.15mg


Оптимизация размеров винта для конкретного типа ла

эмпирически параметры двухлопастного воздушного винта на пик мощности вмг---диаметр Dмах=1.1Сумах САХкр-----------шаг Н=0.9САХкр

для мотопланера-парителя при Кв=0.5----- D=1.8САХ

для самолёта с шасси и внешним грузом при Кв=0.65------D=1.4САХ

для пилотажки-бойцовки при Кв=0.7---------- D=1.3САХ

для птицелёта при Кв=0.75---------- D=1.2САХ

для чистого БПЛА классика при Кв=0.8---- D=1.1САХ

для гонки-классики при Кв=0.9------------D=1.0САХ

для гоночного хотлайнера при Кв=1------- D=0.9САХ

для короткокрылого лк-бесхвостка при Кв=0.9---------D=0.75САХ----Н=0.67САХлк потому что эффективное САХ змееобразного профиля (0.75-0.8)САХлк

-пересчёт диаметра многолопастного винта от двухлопастного ------ Dтрёхлоп=0.9 D ---- Dчетырёхлоп=0.84 D


для э-ВМГ потребляемая мощность в полёте на полном газу----Рэл(вт)=Fст Vмах---- круиз в пол-газа Ркрейс=Рэл/3 
на стопе для электро авиамодели ----- Рэл(вт)=1.7(Fст)^1.5/D
на стопе для ДВС авиамодели------ Рмех(вт)=1.3(Fст)^1.5/D

смотри статью "типы ла-ликбез"


Микропланер.jpg

Личные инструменты
Пространства имён
Варианты
Действия
Навигация
Инструменты
Группа ВКонтакте