Hvad er ideen med projektet?
LITTERATUR
A little balsa glider with a good yield,
detaljer: spændvidde 30 cm, totalt 10 gram, og alpha (vingevinkel)= 7 grader. Estimeret Cl = 1, Cd =0,1 og Cd-andet = 0,2, se link med laveste Reynolds tal. Beregning: vægt vinge 3 gram, flyvehastighed 12,2 km/t og svævelængde 6,7 m for 2 m højdekast og svævetid = 2,1 sek.
FORORD for fase 2
Projektet befinder sig nu i fase 2: evaluering af den første maskine.
FORMÅL
Vi ønsker følgende:
- et langsomt fly (svæver) fordi vi ikke har rutine i fjernstyring af fly.
- konkret ønsker vi en flyvehastighed på omkring 10 km/t.
- at bygge flyet selv
- at radiostyre motorkraft (thrust) og side- og højderor
INDLEDNING
For ikke at drukne i endeløse detaljer har vi valgt at kopiere de geometriske størrelser af en fungerende maskine.
Selvom vi kopierer de geometriske dimensioner, er der en række ukendte størrelser vi selv må tage stilling til:
- Vægten
- Vingeprofil (airfoil, kan ikke aflæses på videoen)
- Valg af motor og propel
- Afstivningen af den lange vinge typisk for en glider
Vægten
Dette projekt glider ind i fase 2. Status med vægt for fase 1 er vist i tabellen længere forneden.
Tabellen viser målsat vægt (fra regnearket for fase 1) og hvad vi endte med. Specielt vinge og motor blev tungere.
Vægten for vingen som angivet i regnearket dækker kun vingens overflade.
Regnearket dækker ikke andre mulige materialer som bambus og folie, følgende tabel viser dette.
Tabellen viser også nye etimater (enhed: gram) for vinge og krop (bambus og folie ) .
Totalvægt med bambus og folie, ca. 160 gram mod 334 gram for fase 1.
Vingeprofilen (airfoil)
Som vi så under fase 1 (se forneden, forsøg med vinge) valgte vi den vingetype som kun har een krum flade (dvs ikke 2 forskellige flader, underflade og overflade, som ellers er normalt).
Vi vælger at se på Sokolo airfoil med 2 overflader (violet kurve) og brødrene Wright 1903 airfoil med en overflade (brun kurve):
Her ser vi at een overflade giver større luftmodstand (drag, Cd) end to overflader, hvis vi begrænser os til disse valgte vingeprofiler. Reynolds number var 500. 0 00 (se regneark for betydningen af denne størrelse).
Vi har lavet et mindre fly med spændvidde 100 cm hvor vingen er lavet af lamineret papir.
Estimeret Cl = 1, Cd =0,1 og Cd-andet = 0,2, se link med laveste Reynolds tal. I følge tabellen med foile/bambus skulle den veje 18 gram men det blev 80 gram (afvigelsen må skyldes lamineringen og anvendelse af tape). Total vægt 125 gram hvilket kan klares af beregnet lift fra vingen med hastighed 13,0 km/t. Alpha (vingevinkel) = 7 grader. Beregnet svævelængde = 6,7 m ved 2 m højdekast og svævetid = 1,9 sek.
Konkluderende må vi sige at det er muligt at bygge et fly med lavere vægt og baseret på passende materialer.
Vi har også fundet det vigtigt at øve med en simpel flysimulator som vi selv har udviklet.
Fase 1 i det følgende:
INDLEDNING
Vi fandt en interessant svæver på youtube:
/www.youtube.com/watch?v=1b7CtM6YiSA
Dokumentet tilhøjre viser hvordan vi kom frem til dimensionerne for denne svæver.
Med kendte materialer hvad vil vægten og flyvehastigheden blive?
Vægten givet ved materiale forbruget er ca. 350 gram, og den må ikke være større når hastigheden er 10 km/t ellers kan vingerne ikke bære.
Endvidere skal der motor på for at overvinde luftmodstanden og muliggøre en stigning.
Det var såvidt teoretiske betragtninger, de nedenstående beskrivelser omtaler den praktiske virkelighed.
FORSØG med vinge
Nedenstående ses 3 forskellige realisationer af vingesektion, øverst overdel, nederst underdel. 1 er lavet med skum som ribbe (mislykkedes da det ikke kunne holde), i 2 er ribbene af balsa og 3 har ingen underside.
Nedenstående testopstillinger (digital og analog vægt) kunne ikke udpege hvilken vingeprofil (2 eller3) der var bedst, så vi valgte den nemme løsning 3. Det skal bemærkes at luftstrømmen var ret turbolæns så vægten i opstillingen svingede op og ned,
Tryk på opdateringsknappen af browseren for at få dokumentet frem
Det undrede os at vingeprofil 3 stort set gav samme lift som vingeprofil 2. For 3 skulle luftstrømmen være ens for/bagside så ingen lift kunne forventes.
Der er imidlertid et fænomen "leading edge vortex", en lufthvirvel (lyseblå areal) som luftstrømmen passerer udenom med stor hastighed, og dermed undertryk eller lift.
Bemærk at lift koefficienten for "curved plate" er ca det samme for Sokolov (1,1 ved vinkel 5 grader).
For nærmere detaljer, brug dette link.
Som følge af usikkerheden af vingeforsøget, besluttede vi at gøre vingernes indfaldsvinkel justerbar så vi kunne finde bedste vinkel under flyvning.
Til højre ses skitse og realisation af den justerbare indfaldsvinkel. Man ser at det er gjort ved hjælp af to slæder, en for hver vinge.
FORSØG med motor og propel
En stor propel giver mulighed for lavere omdrejningstal og dermed lavere støjniveau. Til gengæld skal motoren forsynes med gear. Vi fik et tilbud på motor med gear og 12"/6" propel (GWS EP 12 6), og besluttede at slå til. Spørgsmålet er så: kan den bruges?
Måleopstillingen ses til højre. Thrust måles ved hjælp af en vægtstang koblet til en vægt.
Den elektriske effekt tilføjet måles med voltmeter og amperemeter. Yderligere, er thrust beregnet ved hjælp af Stables formel (se regnearket) samt en anden metode.
De 3 ovenstående figurer viser thrust som funktion af indgående effekt. Der ses rimelig god overenstemmelse mellen måling og 2 teoretiske modeller. Disse sidste baserer sig på propeldata (diameter og pitch) samt omdrejningshastigheden, RPM.
RESULTERENDE VÆGT
Tabellen til højre viser målsat vægt (regnearket) og hvad vi endte med. Specielt vinge og motor blev tungere.
OVERBLIK
Der findes et program, Webocalc 1.7.6 som giver et overblik når man specificerer :
- vægten
- spændvidde
- vingeareal
- propel størrelse
Tilhøjre ses resultatet med glideren på 636 gram, hvilket sidste er gældende for den motor/gear/proppel vi fik tilbudt.
Endvidere data for Hobbico Upstar som der trænes med i flysimulator Realflight Basic, se dette link.
Tryk på opdateringsknappen af browseren for at få dokumentet frem
Det skal bemærkes at hvis konstruktionen er problematisk skriver Webocalc ikke hele højre kolonne, men omtaler konstruktionsfejl (fx manglende motorkraft).
TRÆNING på flysimulator
Der kan trænes med et fly Hobbico Upstar. Det kan kastes ud i hovedhøjde (2m) uden motor kørende og man observerer svævningen. Det er imidlertid vanskelligt at vurdere længder på skærmen hvorfor tidsforløbet iagtages,
Tilsvarende når flyet er kommet et stykke op, og motoren slås fra, hvor lang tid er den om at komme ned?
Tabellen til højre viser det beregnede. Svævehastigheden er identisk stal hastigheden i ovennævnte Webocalc. Den første række svarer til den (usikre) drag der er anvendt i regnearket og giver svævetid på 18 sekunder for Hobbico Upstar. På simulatoren er det observeret som 3 sekunder. Anden og de følgende rækker er korrigerede herefter (svarer til en drag der er 6 gange større).
NP korrektion =
NP = NP + NPkorrektion=
1/4 + NPkorrektion
Tyngdepunkt regnet fra forkant af vinge:
NP*chord-SM = 9,2 cm
Se oversigt tilhøjre.
TYNGDEPUNKTET
Det neutrale punkt (NP) samler opdriften (lift) på vinge og haleror et bestemt sted. For vingen alene er det 1/4 af chorden og regnet fra forkanten af vingen. Halen giver et additivt bidrag.
Tyngdepunktet skal ligge lidt foran NP for at sikre stabilitet med størrelsen SM (sikkerhedsmargin). Dette vil gøre flyet næsetung og få flyet til at vende nedad.
Som kompensation har vi lavet en variabel indstilling af haleroret (se foto tilhøjre). Der er en skrue hvis justering virker som højderor og modvirker næsetungheden.
For nærmere info se:
Forebyggelse af landingsskader
Vandret påvirkning:
Flyet bærer sig selv i luften, dvs jævn belastning over hele flyet.
Når flyet til at begynde med ikke er afbalaceret, vil spidsen af flyet bore sig ned i jorden ved landing, og vingerne vil fortsætte med at flyve, hvorved vingerne kan brække af ved kroppen.
Det er derfor nødvendigt at tillade vingerne at bøje af kroppen når dette sker.
Dette realiseres ved en fjeder som strækkes når vingerne vil fortsætte mens kroppen sidder fast i jorden. Se billederne til højre.
Desuden skal spidsen af flyet have påført et hjulpar.
Lodret påvirkning:
Ovennævnte var påvirkning i vandret plan og vi ser nu på påvirkning i lodret plan (deacceleration i landingsøjeblikket). Kroppen er massiv og klarer stor lodret påvirkning, hvormod vingerne bøjes nedad dog nu understøttet af en wire.
Et vingesæt vejer ca 65 gram, regnes med en deacceleration på 2 G, fås en vægtbelastning på 130 gram som simuleres af et målebånd med samme vægt. Målebåndet kan anbringes på vingen, se figuren til højre, og der måles nedbøjningen med en lineal.
I nedenstående tabel vises nedbøjningen med og uden vægt samt med og uden wire.
Af tabellen ses at wiren har god effekt idet nedbøjningen bliver 2 cm mindre.
Cm | Ingen vægt | Vægt | Forskel |
Ingen wire | 95 | 91 | 4 |
Wire | 96 | 94 | 2 |
Vingerne bæres af et Al-rør hvorigennem en kulpind går.
Røret er fastjort til en fjeder som ikke er udstrakt i neutral stilling som her.
Vinge i neutral stilling som ved flyvning.
Vinge i afbøjet stilling når spidsen af flyet rammer jorden. Fjederen optager noget af vingens energi, og brudskader formindskes.
