|
Начало » Сделай кайт » Самодельщики » Инструкция как рассчитать оптимальное положение и размер воздухозаборников в XFoil
| Инструкция как рассчитать оптимальное положение и размер воздухозаборников в XFoil [сообщение #13772] |
Mon, 07 September 2009 15:47  |
DesertEagle
Сообщений: 351
Зарегистрирован: January 2008
Географическое положение: Москва
|
Гуру кайтостроения |
|
|
Есть хорошая программа для расчета обтекания профилей, называется XFLR5. Скачать можно с сайта http://xflr5.sourceforge.net/xflr5.htm (рекомендую более новую версию QFLR5, скачивается там же). Для кайтостроения она полезна тем, что позволяет рассчитать оптимальый размер и положение воздухозаборников.
1. Сначала в Surfplane в разделе Edit,Profile... экспортируем профиль вашего кайта и меняем у файла расширение с .pfl на .dat, чтобы его можно было открыть в QFLR5 (клик по картинке для увеличения):
2. Запускаем QFLR5, меню File, XFoil Direct Analysis. Нажимаем вверху на кнопку Open и открываем наш сохраненный профиль.
3. Меню Design, Refine Globally, вводим в Number of Panels вместо 33 число 150 (это количество точек, стандартных 33 мало):
4. Меню Polar, Define and Analysis, вводим число рейнольдса для нашего крыла, которое находится по формуле Re=68500*V*b, где V - скорость полета (в случае кайта скорость ветра), b - хорда крыла (в Surfplane в общем описании проекта можно взять максимальную хорду). В этом примере я считал для скорости полета 10 м/с и хорды 2 м: Re=68500*10*2=1370000, но вы должны подставить данные вашего кайта, то есть его хорду и предполагаемую скорость ветра для его площади.
5. Ставим галку Sequence, вводим диапазон углов атаки от -3 до 25 и нажимаем кнопку Analyze:
6. Получаем набор картинок с распределением подъемной силы. Изменяя в верхней части экрана текущий угол атаки, либо нажав на кнопку Animate, смотрим анимацию. По этим картинкам определяем оптимальное положение и размер воздухозаборников, чтобы на всех летных углах атаки (это примерно от 3 до 15 градусов) в них попадало максимальное давление от воздушного напора (отмечено кружком):
Поздравляю, теперь вы можете найти оптимальные воздухозаборники для любого профиля 
Кроме этого, XFoil имеет еще несколько полезных функций. Зеленая стрелка вверх на профиле - это центр давления, как бы результрующая подъемная сила всего профиля. Во время полета пилот должен находиться ровно под ней, тогда вся система находится в равновесии - сила тяжести тянет пилота вниз, а подъемная силы вверх. При этом само крыло повернуто относительно потока на свой угол атаки. Для летающего крыла надо учитывать его собственное снижение (наклон траектории полета находится через тангенс аэродинамического качества), так что поток дует как бы немного снизу. Но для кайта ветер дует горизонтально вдоль земли, а вместо пилота тяга направлена под углом. Но проще повернуть всю систему и считать как для полета, принцип один и тот же.
Проблема в том, что при изменении угла атаки центр давления обычно сдвигается вдоль хорды. На нессиметричных профилях при уменьшением угла атаки зеленая стрелка смещается к хвосту профиля, и тем самым создает относительно центра тяжести (относительно пилота) момент, который стремится еще сильнее уменьшить угол атаки. А как только он станет меньше нуля, то крыло складывается, потому что стропы работают только на растяжение. Посмотрите сами как распределена подъемная сила на отрицательных углах атаки - ничто не может удержать купол от движения вниз. Именно поэтому на обычных нессиметричных профилях дипауэр не уменьшает угол атаки меньше 3..5 градусов, ниже этого предела момент обычно достаточно велик, чтобы купол сложился сам по себе.
А вот у симметричных профилей центр давления от угла атаки не зависит, это позволяет в теории сделать кайт чуть скоростнее (но с меньшей подъемной силой). Отдельный случай - автостабильные, они же рефлексные профили. У них средняя линия в виде буквы S, а наглядно чаще всего хвостик профиля отогнут немного вверх. У таких профилей с уменьшением угла атаки зеленая стрелка сдвигается не к хвосту профиля, а к носику. И тем самым создает восстанвливающий момент, который поднимает нос и препятстсвует сложению. Но подъемная сила у таких профилей еще меньше, чем у симметричных.
В XFoil вы можете наблюдать как сдвигается зеленая стрелка в зависимости от угла атаки и подбирать профили по устойчивостью к сложениям. А также определять точку подвеса (towpoint), которая должна быть под зеленой стрелкой (центром давления) когда крыло находится на оптимальном балансировочном угле атаки (для парафойлов это около 8 градусов).
Выберите меню View, Polar view чтобы посмотреть графики:
Здесь вы можете увидеть зависимость момента Cm/Alpha для рассчитанного ранее диапазона углов атаки. Положительный момент поднимает нос вверх и восстанавливает угол атаки (в этом примере профиль слегка рефлексный), а отрицательный опускает носик и ведет к сложению.
Также можно посмотреть график расчетного аэродинамического качества. К сожалению, для парашютного профиля с воздухозаборниками реальное качество на порядок (то есть в 10 раз) меньше, чем теоретическое. Плюс стропы и пилот еще в полтора-два раза его снижают. Поэтому если на картинке Cl/Cd (оно же на основном экране обозначается как L/D) 120 единиц, то реально это не более 6..8 единиц. Аэродинамическое качество на разных углах атаки разное. Обычно за основной полетный угол принимают либо угол с наибольшим аэродинамическим качеством, либо немного в сторону меньшего снижения (зависит от целей разработчика).
Теперь вы знаете основы подбора и анализа профилей, удачи!
[Обновления: Mon, 07 September 2009 15:50] Известить модератора |
|
|
|
|
|
| Метод расчета рефлексного профиля с максимальным теор. качеством. [сообщение #13929 является ответом на сообщение #13772] |
Sat, 19 September 2009 20:14  |
Cruiser
Сообщений: 18
Зарегистрирован: January 2007
Географическое положение: Ижевск, Удмур�...
|
Новичок++ |
|
|
Давно не писал на этом форуме. Пока не пошил ни одного кайта, тем не менее, с одобрения DesertEagle, выкладываю здесь подобранный мной интересный алгоритм в QFLR5. Позволяет подобрать толстый рефлексный профиль с минимальными потерями в МТК (максимальное теоретическое качество).
Итак:
- грузим стандартный профиль, типа CLARK-YH и продуваем его при Re=1944000 (для примера, ветер лучше брать посильнее, типа 8-12м/с, рефлексы скоооорость любят...). Получаем теоретическое качество порядка 120.
- сплайнами создаем профиль, близкий к исходному.
- играемся с носиком профиля в сторону утолщения, добиваясь МТК за счет потери в ветровом диапазоне. Я получил МТК порядка 160 (!!!). Не забывайте, что при этом важно получить хорошее распределение на носике сверху (способствует натяжению ткани на носике) и хороший набегающий поток снизу, с явным, выраженным максимумом, для воздухозаборников.
- самое интересное. Точки задней кромки (обе) уводим вверх, повышая рефлексивность, с шагом примерно в 0.0020 единиц. Пользуемся зумом. Сохраняем порядка 7-8 таких профилей.
- для каждого профиля выполняем команду de-rotate, которая позволит выровнять профиль по хорде, не искажая при этом лобика. Это важно(!!!), потому что максимум тяги мы получаем с первой трети профиля.
- переопределяем для всех сохраненных профилей кол-во точек на 300 и выполняем продувку всех профилей при том же Re. Шаг продувки рекомендую 0.1 градуса, для большей гладкости графиков.
На выходе получаем серию теоретических поляр и моментов. При улучшении моментных характеристик за счет повышения рефлексивности по-любому теряем в качестве. Выбираем профиль с первой положительной (наиболее близкой к нулю) моментной кривой. Мне пока удалось при отличных моментных характеристиках получить МТК = 145.9 на угле атаки 7.9 гр. при моменте Cm=+0.0002.
Итого имеем на входе профиль с фиговой моментной характеристикой и МТК=120, на выхлопе получаем профиль с нормальной моментной характеристикой и МТК=145.
Атчод зокончел, Cruiser (c)
|
|
|
|
|
|
| Re: Метод расчета рефлексного профиля с максимальным теор. качеством. [сообщение #13932 является ответом на сообщение #13930] |
Sun, 20 September 2009 10:09 |
Cruiser
Сообщений: 18
Зарегистрирован: January 2007
Географическое положение: Ижевск, Удмур�...
|
Новичок++ |
|
|
Почему же... не жалко! Я не стану жмотиться, как автор серфплана и делать секрет из этих разработок. Только не вижу смысла выкладывать один профиль без исходников. Добавь расширение wpa в список разрешенных - выложу полный проект в QFLR5 с описанием и всей линейкой подбора...
Забыл добавить. Не ждите чуда от этого метода... кое-в-чем я все же потерял. Как выложу проект, увидите, что я потерял в локальном максимуме для воздухозаборников и в диапазоне рабочих углов атаки. МТК я получил на 7.9 градуса, а на 7.1 градуса уже появляется вминающее давление на носике, несмотря на положительный Cm. Хотя... говорят, что "риджифойлы рулят"???
В общем, жду допуска на расширение wpa, и будет вам проект. Просто сохранять с десяток профилей - влом.
Скачать QFLR5 для винды-убунты-макоси можно здеся:
http://ftp7.freebsd.org/sites/download.sourceforge.net/pub/s ourceforge/x/project/xf/xflr5/xflr5/QFLR5_v0.02_Beta/
[Обновления: Sun, 20 September 2009 10:14] Известить модератора |
|
|
|
|
|
| Re: Метод расчета рефлексного профиля с максимальным теор. качеством. [сообщение #13935 является ответом на сообщение #13933] |
Sun, 20 September 2009 13:22 |
Cruiser
Сообщений: 18
Зарегистрирован: January 2007
Географическое положение: Ижевск, Удмур�...
|
Новичок++ |
|
|
Не добавил ты ничего. Не пашет у мну. Браузер Мозилла. Счас я твой сайтик обману  после скачивания файла сменить расширение с pdf на wpa (т.е. это не ПДФка!) и открыть проект в QFLR5. XFLR5 проект не раскроет, сразу предупреждаю.
NewFoil = CLARK-YH, исходный профиль, от которого отталкивался.
XF = модифицированный нерефлексный профиль с запасом по качеству. Ошибка по локальному максимуму для воздухозаборников допущена как раз на этом этапе.
XF_0160 = на мой взгляд, оптимальный результат. Но я сохранил всю линейку профилей, чтобы можно было увидеть тенденцию по Cm и МТХ=L/D.
Параметры продувки:
Re = 1944000
Alpha = 2.0 .. 20.0
Step (delta) = 0.1
Еще добавлю. Сплайновые точки задней кромки назовем "последними", передней - "первыми". Есть резон "предпоследние" точки, верхнюю и нижнюю, сдвигать возможно дальше от задней кромки (на профиле с запасом по МТК). Это позволит увести в рефлексивность бОльшую часть хорды, оставив неискаженным носик и снизив сопротивление Cx хвостика. НО! это может привести к ухудшению срывных характеристик за счет бОльшей кривизны в центре профиля при добавлении рефлексивности.
Все мои выкладки насчет рефлексов научными прошу не считать. Они больше эмпирические, основанные на интуиции... тем не менее, продувки отчасти их подтверждают.
Атчод зокончел, Cruiser (c)
ПЕРЕЗАЛИЛ ФАЙЛ
-
Вложение: EXP06.wpa
(Размер: 81.30KB, Загружено 805 раз)
[Обновления: Mon, 21 September 2009 06:19] от Модератора Известить модератора |
|
|
|
|
|
|
|
| Re: Метод расчета рефлексного профиля с максимальным теор. качеством. [сообщение #13939 является ответом на сообщение #13937] |
Sun, 20 September 2009 19:38 |
|
|
Не все так просто с профилями для кайта:
1. Диапазон чисел Рейнольдса находится на переходе течения от ламинарного к турбулентному;
2. Диапазон меняется от размера кайта и от скорости ветра: хорда от 0,5 до 2,5 м, скорость ветра от 2 до 20 м/с;
3. Самое главное в конце - обтекание профиля зависит от НАЧАЛЬНОЙ ТУРБУЛЕНТНОСТИ потока.
Так что считай, не считай, а практика все раставит по углам!
Cruiser: Перепроверь свои расчеты для других значений Re!
Надо понимать что расчет ведется для БЕСКОНЕЧНОГО размера крыла, конечный размер ухудшит ситуацию. И наличие воздухозаборников тоже отразится на результатах моделирования ((
[Обновления: Mon, 21 September 2009 06:18] Известить модератора |
|
|
|
| Re: Метод расчета рефлексного профиля с максимальным теор. качеством. [сообщение #13999 является ответом на сообщение #13939] |
Mon, 28 September 2009 14:53 |
Cruiser
Сообщений: 18
Зарегистрирован: January 2007
Географическое положение: Ижевск, Удмур�...
|
Новичок++ |
|
|
Итак, есть новости...
Первое. Я изначально знал, что "не все так просто", поэтому учел все вышесказанное, и предпринял еще кое-что...
Примем за основу несколько аксиом-предпосылок, и не будем о них забывать никогда:
- введем термин МТК (максимальное ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ качество) и будем полагать, что оно отличается от реального в 10-15-20 и более раз из-за потерь на реальном крыле-стропах-прочем;
- будем полагать, что из двух профилей с МТК = 120 и МТК = 180 второй лучше, и неважно во сколько раз;
- будем полагать, что все наши расчеты-продувки-предпосылки не являются научными, но вполне могут считаться исследовательско-интуитивными;
- будем надеяться на лучшее, что удастся получить интересный профиль, но будем знать, что "практика все расставит по местам".
Второе. Взял я некий профиль, о котором скажу позже, и продул его на угле максимального качества по всем Re для моей хорды, в диапазоне ветров от 3 до 15 м/с. Ничего криминального не заметил... ну, чуток плавает МТК, ну, чуток гуляет момент (что критично только для параплана, но не для кайта или параскимбата-короткостропника). Распределение давлений не меняется вообще! Так что думаю, что можно спокойно считать в QFLR5 для типичного ветра (5 или 8-9 м/с) и сильно не париться.
Третье и самое интересное. Проекты выложу чуть позже... итак, взял я новый свой профиль нерефлексный, и начал играться с носиком, пытаясь получить нормальное МТК и нормальный локальный максимум для воздухозаборников. В итоге получил я этот максимум... при МТК более 180!!! Удивился. Начал играться с рефлексивностью. Памятуя про "предпоследние точки", нижнюю увел на 0.3 от носика, т.е. почти в начало профиля. Создал 5 профилей, увеличивая рефлексивность с шагом в 0100. Продувал в диапазоне углов 2-20, при Re=1944000 (хорда 2.4м) с шагом в 0.1 градус. И обнаружил интересную тенденцию... при увеличении рефлексивности до определенного предела, МТК РАСТЕТ. На третьем профиле я получил почти 190 единиц... но как и в прошлый раз, чуда не произошло. Дальше качество начало активно падать при ровном улучшении моментных характеристик.
Тогда я сделал то же самое, только при создании пяти рефлексивных профилей я увел предпоследнюю нижнюю точку на 0.6 от носика профиля. Получил ту же тенденцию, но с более "красивой" моментной кривой. Т.е. положение этих двух точек перегиба ("предпоследних точек") для получения рефлексивности тоже играет немаловажную роль... и во втором проекте при получении нужных моментных характеристик я потеряю в качестве меньше, чем в первом. Плата за это - резкое увеличение отрицательного момента при поджатии клевант.
Предположение: хвостик профиля почти не создает подъемной силы, зато создает сопротивление, которое снижает качество (частично подтверждено продувками).
Итог: все это, конечно, теоретизирование... но я буду продолжать попытки создать СВОЙ профиль, который на практике, пусть не во всем, но хоть в чем-то будет лучше других.
Атчод зокончел, Cruiser (c)
|
|
|
|
| Re: Метод расчета рефлексного профиля с максимальным теор. качеством. [сообщение #14005 является ответом на сообщение #13999] |
Tue, 29 September 2009 11:11 |
|
|
С большим интересом наблюдаю за расчетами
Хочу подправить одно выражение в "Отличной шпаргалке" (действительно отличная!!!).
Кайт престает тянуть (создавать подъемную силу) не на нулевом угле атаки, а на угле атаки нулевой подъемной силы, при этом угол атаки может быть и чаще всего бывает отрицательным, за исключением симметричных профилей. Другое дело, что при этом вектор натяжения строп всегда направлен несколько по ветру от перепендикуляра к направлению ветра, то есть ветровое окно в горизонтальной плоскости всегда меньше 180 градусов. Чем меньше лобовое сопротивление кайта, тем шире ветровое окно, тем больше оно приближается к 180 градусам и тем более "скоростным" (позволяющим достигать более высоких скоростей, так сказать "больше скоростей ветра") является данный кайт.
Кроме того, прежде чем разрабатывать "самый-самый" профиль, я бы более четко определил для чего, для какого аппарата он создается. Приведу пример.
Если мы разрабатываем суперскоростной кайт, для достижения максимально возможной скорости на отличном покрытии (например для движения по льду на коньках), то главным критерием закладываемого качества должно быть минимальное лобовое сопротивление кайта, для чего нужно взять тонкий ламинаризированный профиль. Если же разрабатывается кайт, который должен хорошо тянуть по тяжелому покрытию - рыхлому или мокрому снегу, на котором достижение высоких скоростей практически невозможно, то тяговитость (большая подъемная сила) выходит на первый план, а лобовое сопротивление отступает на второй. Т.е. гораздо выгоднее взять толстый вогнуто-выпуклый профиль, у которого тяга заметно больше, чем у симметричных тонких. И наконец, если мы проектируем фристайловый аппарат, для которого достаточно важными является стабильность полета и максимальный диапазон летных углов атаки, то тут хорошо себя показывают толстые симметричные или рефлексные (S-образные) профили (тот же "мегафойл"), у которых положение аэродинамического фокуса мало изменяется при изменени угла атаки и срыв потока с образованием вихрей на верхней плоскости наступает как можно позже, на больших углах атаки.
Отсюда следует, что создать единственный суперклассный профиль для всех кайтов не удастся, любой профиль будет отлично работать только в каком-то диапазоне требований, предъявляемых к конкретному кайту.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Переход к форуму:
Текущее время: Sat May 03 21:17:37 EEST 2025
|
] 
Кайтинговый форум самодельщиков WindPower
Участники
Поиск
F.A.Q.
Регистрация
Вход
Начало
Иначе уже б давно использовали только рефлексы. Но в некоторых ситуациях (например для арок), без таких профилей очень трудно добиться результата.
