Форумы paraplan.ru ParaForum Теория Динамика полёта: переходные процессы у параплана
theoretic
АвторТемы
01 Мар 2013
Динамика полёта: переходные процессы у параплана
Многочисленные посты пользователя Igor C заставили меня понять, что пора бы уже изложить здесь азы динамики полёта и вообще и динамики полёта параплана в частности.

Рассматривать будем только переходные процессы по тангажу, воздушной скорости и углу атаки. Уже и это достаточно сложно. А всякие крены-скольжения -- ещё сложнее.

Итак, совершенно типичная ситуация. Летит себе параплан, сбалансированный на установившемся режиме полёта, и тут снизу БДЫЩ!!11 приходит резкий вертикальный порыв. Ну очень резкий -- моментальный. Что дальше?

Порыв вызовет изменение угла атаки крыла -- мгновенно. Затем изменится обтекание крыла. Этот процесс занимает некоторое время, потому что при наших скоростях полёта с крылом взаимодействует довольно большой объём воздуха. И изменение поля скоростей внутри этого объёма не может произойти мгновенно -- хотя бы потому, что воздух обладает плотностью и, следовательно, инерцией.

В первом приближении можно считать, что обтекание изменится за время порядка времени пролёта парапланом своего размаха*. Это очень грубое допущение, но для разбора динамики полёта "на пальцах" этого достаточно. Средний размах типичного параплана -- что-то около 10-12 м, воздушная скорость -- примерно 10 м/с. Значит, характерное время изменения картины обтекания -- порядка 1 секунды. Немало.

После того, как картина обтекания изменилась, изменяются и аэродинамические силы, действующие на параплан. Равновесие сил нарушается, и начинается переходный процесс, в течение которого параплан будет пытаться обрести новое равновесие -- ведь он обладает устойчивостью по скорости и тангажу**.

Время, потребное для переходного процесса, определяется соотношением инерции параплана и несбалансированных сил и моментов, действующих на него. Так как несбалансированные силы и моменты зависят от скорости нашего вертикального порыва -- а она непредсказуема! -- то они могут быть практически любыми. Значит, любым может быть и время переходного процесса. Но тут есть тонкость. В любом случае переходный процесс по тангажу будет запаздывать относительно момента приложения к параплану несбалансированных сил и моментов. Объясняется это всё той же инерцией и вторым законом Ньютона***. Изменение пространственного положения крыла связано с действующими на него силами и моментами через ускорение. Даже если ускорение очень велико, требуется некоторое время, чтобы аппарат успел изменить своё положение в пространстве.

Простая оценка. Если аэродинамические силы изменились вдвое, то угловое ускорение движения крыла назад составит что-то около 0,5 радиана в секунду****. Это примерно 30 градусов в секунду. Не так уж и много. В реальности бывает и побольше.

Что ж, основы вроде разжевали. Теперь можно переходить к изучению влияния на переходные процессы скорости полёта и массы системы.

Модель придётся немного усложнить. В самом начале для простоты мы считали, что вертикальный порыв возникает мгновенно. В реальности же изменение вертикальной скорости -- это тоже переходный процесс. И длительность его определяется прежде всего скоростью полёта.

Заменим мгновенный порыв на зону, у которой в её начале порыва ещё нет, а в конце достигается максимальная вертикальная скорость порыва. И пусть эта зона имеет некоторую длину -- например, 10 метров. Время преодоления этой зоны будет определяться скоростью параплана, который в неё попал. Компетишен, идущий на полном акселераторе (скорость примерно 20 м/с) преодолеет зону за 0,5 с. А учебный дуболёт на балансировочном режиме (скорость -- 10 м/с) -- за секунду. Вдвое медленнее.

Размер переходной зоны я выбрал неспроста. Он типичен для таких переходных процессов. Типичное время преодоления переходной зоны сравнимо с аэродинамическим запаздыванием. А для крутых аппаратов на крутых скоростях это время заведомо меньше того времени, за которое у этих аппаратов успевает перестроиться обтекание. А если мысленно расширить эту зону и снизить скорость аппарата -- то может оказаться, что время преодоления переходной зоны существенно превышает время переходных процессов в обтекании крыла.

Что из этого следует? Чем выше скорость на входе в порыв и чем короче переходная зона -- тем меньше аппарат успеет изменить своё обтекание и тем более пространственное положение к тому моменту, когда эта зона будет им пройдена. Имея 100-метровую переходную зону, даже учебный дуболёт с очень медленными переходными процессами успеет плавно перебалансироваться на новый полётный режим, и вход в ядро порыва (окончание переходной зоны) будет им встречено относительно спокойно, уже на новых полётных режимах. И наоборот -- даже ядрёный "компетишен" может не успеть перестроить своё обтекание и простанственное положение, если переходная зона имеет длину в пару метров.

Итак, первый вывод. Чем выше скорость полёта -- тем резче происходит вход в порыв, тем меньше аппарат успевает "подготовиться" к порыву.

Что значит "резче"и "подготовиться"? Проще объяснить "на пальцах". Вход в термик (он же "вертикальный порыв") может происходить, грубо говоря, по двум крайним сценариям. Первый -- это предельно плавный вход, когда переходная зона растянута на сотню-другую метров. Второй -- это практически мгновенный вход. Реальность обычно балансирует между этими двумя предельными случаями, но сейчас нам интересны именно они.

Предельно плавный вход обычно характерен мягким нарастанием путевой скорости и постепенным уходом крыла чуть вперёд. Это и есть переходный процесс перебалансировки крыла на новый полётный режим. Просто при таком гуманном характере входа в поток этот переходный процесс успевает произойти быстрее, чем долёт до ядра потока.

Предельно резкий вход -- это тот самый БДЫЩ!!11 "вертикальный порыв", с которого я начал описание. В этом случае переходный процесс не успевает толком начаться -- а мы уже в ядре.

Понятно, что чем выше скорость полёта -- тем, при прочих равных, меньше времени будет у крыла на переходный процесс. Следовательно, тем меньше успеют изменится обтекание крыла и положение его в пространстве к моменту входа в ядро потока, тем больше окажется тот угол атаки, на котором крыло встретит ядро. Это и есть "резче".

Чем определяется скорость крыла? Выбранным пилотом полётным режимом (положением клевант и акселератора) и загрузкой аппарата. Чем бОльший вес мы подвешиваем под крыло -- тем быстрее оно летит, тем резче происходит вход в поток, тем больше окажется угол атаки при входе в ядро. Получается, что повышение загрузки повышает и вероятность срыва.

Ещё один интересный вывод из всей этой теории. Чем больше угол атаки на входе в ядро -- тем больше получится изменение аэродинамической силы, когда обтекание, наконец, перестроится. Значит, тем выше перегрузки, которые будет испытывать система "пилот-параплан". Проще говоря, больше скорость -- сильнее "долбит". Практикой подтверждается стопроцентно!

P.S. Предельно простая модель переходного процесса. Люблю аналогии с автомобилями. Вместо термика можно рассматривать "лежачего полицейского", а переходной зоной у него будет его наклонная часть. Понятно, что если "полицейский" слишком узок (практически не имеет наклонной части) -- то въезжать на него надо будет с предельной осторожностью. Наоборот, широкий "полицейский" с пологими скатами позволяет без проблем себя преодолеть даже на относительно высокой скорости.

Чем больше скорость в момент заезда на "полицейского" -- тем меньше успевает задраться вверх капот, но тем жёстче получается удар по амортизаторам. И наоборот -- при малой скорости удара не получается, зато машина заметно "гуляет по тангажу", пока идёт "переходный процесс" заезда на "полицейского".

___________________________

* С учётом постоянства числа Струхаля в доступном парапланам диапазоне чисел Рейнольдса правильнее было бы принять характерный размер за хорду, делённую на 0,2. Но с точностью плюс-минус лапоть это и будет размах.

** Вообще говоря, парапланы не очень-то устойчивы по скорости. Встречается даже колебательная неустойчивость, и даже с нарастанием амплитуды колебаний. Но это в основном касается спортивной техники на полностью выжатом акселераторе.

*** Ускорение системы = действующая на неё сила / масса системы. Применительно к вращениям: угловое ускорение системы = действующий на неё момент сил / момент инерции системы.

**** o = (f*l)/(m*l^2) = f/ml . Здесь f -- сила сопротивления крыла (мы приняли, что сопротивление мгновенно выросло вдвое -- следовательно, несбалансированное сопротивление равно сопротивлению в установившемся полёте), m -- масса крыла с присоединённым к нему воздухом (что-то около 15-20 кг), l -- расстояние от центра давления крыла до центра масс системы.
Редактировалось: theoretic (01 Мар 2013), всего редактировалось 1 раз(а)
Sonic
пилот выходного дня
02 Мар 2013
Re: Больше газу-меньше ям!
Блин, как оказывается можно объяснить сложные вещи простым языком))
ЯнекРут
02 Мар 2013
Re: Больше газу-меньше ям!
Это быдлизм, учитывая, что аналогия не совсем верна.
Однако число, "понимающих" хоячков увеличится.
Кроме того в статье я не нашел того, что восходящие потоки слабее меняют угол атаки у скоростных ЛА.
Yojan
пилот выходного дня
02 Мар 2013
Re: Больше газу-меньше ям!
Цитата:
Кроме того в статье я не нашел того, что восходящие потоки слабее меняют угол атаки у скоростных ЛА.

+1.
Phantom-as
02 Мар 2013
Re: Больше газу-меньше ям!
Так и что в итоге-то ? Кайтеры знают как бывает у нас при сильном ветре - сильный ветер очень турбулентный.
Складывает даже балонники. Я видел как балонники рушатся на голову владельцу.
Кайт может прилететь назад, бывает обратная тяга когда кайт выворачивает наизнанку.
Главное что мы должны понять - ААААА-АА-А-А что делать-то ???

Практика показывает что течение воздуха может иметь характер "барашков" турбула когда кайт складывает из-за того что в момент тяги он попадает в часть ротора с обратным движением.
Тоже происходит когда в режиме тяги он вдруг проваливается в "вакуум" когда двигаясь в сильном порыве вдруг порыв кончается.
Также опасно внезапное усиление когда в момент резкого уселения к нему не готов ни кайт ни кайтер.

Понятно что аналогия кайта и параплана с натяжкой - все таки не хотелось бы попадать в полете в такие передряги.

Самое главное что надо понять - у нас мягкое крыло. При быстрых изменениях особенно связанных с ослаблениями обтекания и уменьшении скоростей крыло быстро (почти мгновенно) теряет давление. Кайты клапанные и надувастики могут такое пережить. Обычный парафойл складывает "в какашечку"... Мгновенно.
Стропы ослабляются на кайте и на параплане и сделать ничего невозможно.
Кабздец. Только смотреть и ждать чем это закончится. Если не клапаннник или надувастик то вероятно будет "фантик" так как скорее всего движение частей неуправляемо и закончится просовыванием в стропы и прочными завязками...
theoretic
АвторТемы
02 Мар 2013
А этого там и не было
Это уже следующий уровень сложности при подаче материала. Тут бы азы разжевать так, чтобы получилось вменяемо и понятно...
ЯнекРут
02 Мар 2013
Re: А этого там и не было
Кому не понять, то не поймет или поймёт, да не так..........
Phantom-as
02 Мар 2013
Re: А этого там и не было
Получилось немного перегружено.
Лучше так:
- резкое торможение в потоке - заброс по тангажу - торможение - набор
ИЛИ поток закончился не начавшись - крыло оказалось на огромных углах атаки - без скорости - стропы прослабли - пилот испугался - затянул клеванты - небольшой крен - сваливание сложилась консоль - разворот - а дальше КАК повезет

И видео из Бира или Жо для иллюстрации...

А еще лучше лекцию давай опять, полезно...
theoretic
АвторТемы
02 Мар 2013
Трезвая идея!
Это я про лекцию. Сезон на носу, паратоксикоз цветёт и пахнет... А ещё вспоминаю хороший студенческий анекдот:

Молодой преподаватель жалуется коллегам:

-- Ну какие же они тупые, эти студенты! Три раза им всё объяснил, уже сам всё понял -- а они никак!
ЯнекРут
03 Мар 2013
Re: А этого там и не было
Цитата:
- резкое торможение в потоке - заброс по тангажу - торможение - набор
нет такого понятия "заброс по тангажу". Есть понятие устойчивость по углу атаки (по перегрузке). Это оно заставляет компенсировать изменение скорости изменением угла планирования.
Вот об этом и надо было писать. А не плодить быдлопонятия в головах офисного планктона.
Динамическая же устойчивость, это если простым языком, время переходного процесса для поддержания устойчивости статической.
Про это в статье тоже, не скажу, что ни слова, но даже людям, владеющим предметом вычленить это тяжело.
Таким образом статья написана , если груба, для образования быдла, но при этом автор стремиться это быдо, в быдляческом невежестве же и оставить.
А вот этого я уже понять не могу. Если есть мнение, что все равно никто нихрена не поймёт, то не проще ли оставить попытки написания некачественного научпопа, в угоду составления качественных РЛЭ, как это практикуется в большой авиации??
Цитата:
крыло оказалось на огромных углах атаки - без скорости
Фраза, кстати , показательная. Она показывает, что широкие массы трудящихся понятия не имеют о срывных процессах и в головах у них каша.
так вот, угол атаки первичен! От него зависит скорость. Её сам ЛА и выбирает, исходя из массы. Качество тоже зависит от угла атаки. Грубо говоря, если у тебя угол балансировочный, но скорость гораздо меньше (такое возможно в моторном наборе высоты), то ты не сорвёшься. Об этом тоже у популяризаторов ни слова.
Вот и получается разговор ни о чем под восторженные вопли непонимающего хомячья.
ЗЫ вовсе не хотел кидаться какашкой. Исхожу из того, что любая статья публикуется для внешней критики, а не для самолюбования.
lumgompa
Гость
03 Мар 2013
Re: А этого там и не было
А позволь спросить, кого ты называешь быдлом?
ЯнекРут
04 Мар 2013
Re: А этого там и не было
Там по тексту все предельно ясно.
vmaya
пилот выходного дня
28 Мар 2013
Re: А этого там и не было
Спокойно! У людей бывают разные способы самоутверждения)))
Yojan
пилот выходного дня
02 Мар 2013
Re: А этого там и не было
Да ладно, так всё детально расписал, еще бы вот этот штрих в конце и можно в анналы.
Airhead
пилот выходного дня
03 Мар 2013
Re: Больше газу-меньше ям!
Цитата:
Больше газу-меньше ям!
Наоборот долбит не по децки,зато быстро отмучиешься,лежачий полицейский не зря придумали,на скорости машину ломает.
A.Krapivin
03 Мар 2013
Динамика полёта: переходные процессы у параплана
Я бы предложил уточнить название темы.
"Динамика полёта: переходные процессы у параплана, вызванные внешним воздействием." Или что нибудь в этом же роде...
Здесь ведь не рассматриваются переходные процессы при воздействии на органы управления, а они есть.
Airhead
пилот выходного дня
03 Мар 2013
Re: Динамика полёта: переходные процессы у параплана
Динамика удара в челюсть,переходные процессы. Медленный удар в челюсть ощущается небольно,переходные процессы неэфективны.Быстрый удар в челюсть с такой же силой ощущается больно и обладает большей разрушающей силой. Уравнений ненадо,все и так понятно.
dds
администратор
07 Мар 2013
Тема перенесена.
Тема перенесена из форума "ParaForum"
Viper(ON)
10 Мар 2013
Re: Тема перенесена.
А мне про "Бдыщь" ооочень понравилось Полностью согласен с выводами Теоретика, хотя нутром физику процесса понять не могу Но практика то все подтверждает! Моя домашняя гора - Шизе (10км от дома), крыло Виндтек Эво - довольно скоростной моторный крыл. Летаю сейчас без мотора, паритель Эво - конечно никакой, но скорость хорошая. Всегда думал что на скорости буду безопасно пролетать пузыри от скальника, прошлой весной получил три "бдыща", потом ассиметрия и опробовал запаску... Не успел пролететь... Вот как то так...
Phantom-as
10 Мар 2013
Re: Тема перенесена.
Цитата:
Фраза, кстати , показательная. Она показывает, что широкие массы трудящихся понятия не имеют о срывных процессах и в головах у них каша. так вот, угол атаки первичен! От него зависит скорость. Её сам ЛА и выбирает, исходя из массы. Качество тоже зависит от угла атаки. Грубо говоря, если у тебя угол балансировочный, но скорость гораздо меньше (такое возможно в моторном наборе высоты), то ты не сорвёшься.

Знатокам аэродинамики хотелось бы напомнить а Теоретику включить в лекцию моментик связанный с аэродинамикой.
Мы все учились понемногу... А аэродинамика аэродинамике рознь.
Уже более ста лет летают самолеты и только сейчас немецким инженерам удалось создать модель чайки с машущим полетом. Аэродинамика вертолета еще остается довольно непонятной для понимания, секрет полета некоторых насекомых до сих пор не раскрыт.
Аэродинамика до-сверхзвукового полета понятна а аэродинамика малых скоростей еще таит загадки.

Сравнение с самолетами некорректно так как только недавно самолеты смогли делать фигуры типа "кобра Пугачева". С обычной аэродинамикой такое вообще невозможно и никогда не произойдет...

Вообще ветер и возмущения если посчитать скорость на глиссаде и силу ветра составляет всего 5-10 % (200 км\ч и 10-20 м\с).

Тогда как мы уже в динамике летаем при скорости ветра 75-100-150 % и более скорости полета.
На Клемухе не редко когда приходится взлетать на-за пределом ветра а потом раздувает 12-15-17 м\с.
Случай когда после 10-15 м\с вдруг станет 0 м\с обычное дело.
Вот тебе и "кобра Пугачева" только наш ЛА с таким не справится.
О каких углах атаки может идти речь если вдруг "летел никого не трогал" и вдруг скорость пропала или задуло в хвост.
Я так в Олуденизе убежал под "взлетную полосу" получив обратную тягу на взлете...
ingener
пилот выходного дня
11 Мар 2013
Re: Тема перенесена.
Цитата:
Аэродинамика вертолета еще остается довольно непонятной для понимания, секрет полета некоторых насекомых до сих пор не раскрыт.
Вы это рассказывайте тем, кому до сих пор непонятно, но несмотря на это им лень читать серьезные учебники.
В парапланерном применении уровень изложения аэродинамики Теоретиком вполне достаточен для пилотов. Правда он еще не все темы охватил. Наберитесь терпения. А пока можете летать на "обратной тяге на взлете", если вам это помогает.
Termit
пилот выходного дня
12 Мар 2013
Re: Тема перенесена.
Phantom-as писал(а):
...только недавно самолеты смогли делать фигуры типа "кобра Пугачева"...
По этому поводу есть поговорка - "С мощным мотором полетит и кирпич." Плюс изменяемый вектор тяги двигателей - вот вам и кобра Пугачёва. Аэродинамика здесь вообще не при чём.
Viper(ON) писал(а):
Моя домашняя гора - Шизе
В 2009 это была моя домашняя горка. В Абинске жил
sewer01
пилот XC
13 Мар 2013
Re: Тема перенесена.
При выполнении "кобры" аэродинамика как раз причем в отличии от управляемого вектора тяги ( не путать с "кульбитом"). Су-27 выполнен по не правильной аэродинамической схеме и летает только благодаря электронным системам стабилизации(4-х кратное резервирование). И вот при выключении их он и "кувыркается"
ЗЫ на су-27 (а на нем и сделали первую "кобру" ) вектор тяги не регулируется.
Viper(ON)
13 Мар 2013
Re: Тема перенесена.
Цитата:
Су-27 выполнен по не правильной аэродинамической схеме и летает только благодаря электронным системам стабилизации(4-х кратное резервирование).
Вот уж не согласен! При чем тут 4х кратное резервирование? Значит все самолеты без 4х кратной системы стабилизации могут выполнять "кобру"! Да? И чем не правильна аэродинамическая схема СУ-27? Имхо, вся неправильность только в укороченной хвостовой балке и задней точке приложения вектора тяги... дак практически все современные истребители такие, но далеко не все могут "кобру" выполнить...
ЗЫ вектор тяги регулируется, не регулируется (не меняется) направление вектора тяги.

Цитата:
В 2009 это была моя домашняя горка. В Абинске жил
sewer01
пилот XC
13 Мар 2013
Re: Тема перенесена.
Фокус расположен впереди центра масс, поэтому он неустойчив по перегрузке(углу атаки). Управлять без электроники можно только в очень узком диапазоне параметров.
Заниматься ликбезом я тут не собираюсь - гугл в помощь.
ЗЫ я на них летал, поэтому знаю что пишу. Все что вы написали выше извиняюсь но полный бред.
Viper(ON)
13 Мар 2013
Re: Тема перенесена.
Мой сын на машине ездить умеет, что такое система впрыска, развесовка, пятно сцепления колеса, и даже принцип работы глушителя - ни малейшего понятия не имеет... я на них не летал... свой же пост перечитайте - одно противоречие... Второй пост - уже поправки есть... При всем моем уважении! Ладно, тема то не про это.
ЗЫ бред то где именно?
Test
14 Мар 2013
Re: Тема перенесена.
Цитата:
ЗЫ бред то где именно?
Если очень коротко, то современные истребители типа Су-27, МиГ-29 выполнены по неустойчивой аэродинамической схеме. Летают только благодаря системам электроники, которые и обеспечивают устойчивость в полете. "Кобру" делают многие самолеты, включая и спортивные. На Су и МиГах основной момент - это устойчивость работы двигателей на околонулевых скоростях. Ну и электронная управляемость на закритических углах атаки. Разумеется, что управляемый вектор тяги и "Кобра" не имеют никакой логической связи, вектор тяги тут ни при чем.
ЯнекРут
20 Мар 2013
Re: Тема перенесена.
Цитата:
"Кобру" делают многие самолеты, включая и спортивные. На Су и МиГах основной момент - это устойчивость работы двигателей на околонулевых скоростях. Ну и электронная управляемость на закритических углах атаки. Разумеется, что управляемый вектор тяги и "Кобра" не имеют никакой логической связи, вектор тяги тут ни при чем.
Камрад! Ты с "колоколом" путаешь.
Test
20 Мар 2013
Re: Тема перенесена.
Согласен, занесло маленько. Вычеркиваем спортивные. Все остальное верно. Это фигура динамического торможения.
ЯнекРут
20 Мар 2013
Re: Тема перенесена.
Камрад! Ты зря сказал слово "фокус". На этом форуме сие есть великий грех.
sewer01
пилот XC
21 Мар 2013
Re: Тема перенесена.
Ну может заинтригую,- найдут, прочитают, будут знать.
ЯнекРут
21 Мар 2013
Что не сделает дурак, все случается не так....
Цитата:
Ну может заинтригую,- найдут, прочитают, будут знать.
Я уже шесть лет их интригую. Никто не пошевелился почти. А те кто пошевелились уж лучше бы не шевелились......(Вот тебе пример)
Не, если по приколу, то полемику за аэродинамику тут читать можно. А если в серьез... В обществе где 95% идиоты любой не идиот выглядит идиотом.
Мне в свое время заворачивали, типа а на чем ты летаешь? Ты вот сказал . Реакция убой, мол летал, но не понимал как.....
И невдомек баранам, как система допусков к полетам работает.
Олег Вас.
09 Апр 2013
Re: Динамика полёта: переходные процессы у параплана
Динамика полета параплана действительно своеобразна и недостаточно теоретизирована.
Чем больше умных людей задумаются и что-нибудь выдадут, тем лучше.
Волков Василий
25 Май 2013
Re: Динамика полёта: переходные процессы у параплана
Было бы интересно увидеть цифры. Т.е какое время реакции крыла на вертикальный порыв. Это время зависит только от аэродинамических коэффициентов. Вообще говоря только от Су и ее производной по углу тангажа. И от воздушной скорости аппарата. Могут получится неожиданные результаты. Например время реакции аппарата на вертикальный порыв ветра порядка 60 секунд. Кто считал? Это значит, что наши вариометры очень хорошие приборы. Во первых их время реакции на порыв много меньше реакции крыла, а во вторых они не пудрят тебе мозги тем что происходит в атмосфере вокруг тебя, а показывают скорость набора.
У меня получилось, что время реакции летательного аппарата на вертикальный порыв будет

t= V/(g * (Cy/Cy')) где V - воздушная скорость, g - ускорение свободного падения, Cy коэффициент подъемной силы, Cу' - производная коэффициента подъемной силы по тангажу. Я не учитывал моменты сил действующие на аппарат. Обычно они стабилизируют аппарат и это время будет увеличиваться. Грубая оценка дает время 5-10 секунд.
Редактировалось: Волков Василий (26 Май 2013), всего редактировалось 2 раз(а)
Волков Василий
15 Ноя 2013
Re: Динамика полёта: переходные процессы у параплана
Получил цифру. Время, за которое крыло приобретет скорость сравнимую со скоростью вертикального порыва минус скорость снижения параплана. Значение аэродинамических коэффициентов взял от сюда http://airfoiltools.com/polar/details?polar=xf-naca23015-il-200000
Использовал профиль NACA 23015.
Получилась следующая картинка


График получился немонотонный. Это связано с учетом изменения воздушной скорости при разных углах тангажа. На балансировочных режимах время реакции крыла на вертикальный порыв порядка 7 секунд. Т.е крыло не очень чувствительный инструмент к вертикальным порывам. Интересно, что чувствительность крыла возрастает на малых углах тангажа.
V
ingener
пилот выходного дня
15 Ноя 2013
Re: Динамика полёта: переходные процессы у параплана
Имхо, при моделировании не учтено то, что скорость крыла параплана и скорость центра масс - это у параплана разные скорости. Поэтому время реакции получилось нереально большим. Оно больше во столько раз, во сколько полетная масса больше массы крыла с воздухом внутри него. А с другой стороны вертикальный порыв ветра вызывает колебания по тангажу, которые затухают значительно позднее указанного времени.
В общем реальная динамика параплана намного сложнее динамики летательных аппаратов с близко расположенными центрами масс и давления именно потому что скорости крыла и центра масс не совпадают. Все готовые уже наработанные модели никуда не годятся для моделирования динамики параплана. Нужно разрабатывать модель специально для параплана. Только кому это нужно? Я лет 7 назад пытался в процессе моделирования сложений крыла разобраться и с общей динамикой. Получил некоторые результаты, но потом забросил, потому что принятые допущения давали погрешность более 50%. А с учетом трудоемкости разработки более точной модели проще все прикинуть на глазок. Или просто полетать, обращая внимание на реальную динамику.
Волков Василий
16 Ноя 2013
Re: Динамика полёта: переходные процессы у параплана
Модель была примитивна. Бралось крыло заданного профиля и считалось время, за которое это крыло отреагирует на вертикальный порыв ветра в виде ступеньки. Рассматривались только силы действующие на крыло. Моменты сил не учитывались. Интересно, что получилось выражение , которое зависит только от аэродинамических характеристик крыла и воздушной скорости летательного аппарата. Я использовал характеристики известного профиля крыла. Было бы интересно рассчитать это время для реального профиля параплана.
Цитата:
А с другой стороны вертикальный порыв ветра вызывает колебания по тангажу, которые затухают значительно позднее указанного времени.
Я этого не понимаю. Какие моменты сил возникают у парапланы при попадании в вертикальный порыв ветра? Поясните, плз.

V

P.S.
Слово "отреагирует" следует рассматривать как:
Время, за которое крыло приобретет скорость сравнимую со скоростью вертикального порыва минус скорость снижения параплана.
Редактировалось: Волков Василий (16 Ноя 2013), всего редактировалось 2 раз(а)
ingener
пилот выходного дня
16 Ноя 2013
Re: Динамика полёта: переходные процессы у параплана
Цитата:
Я этого не понимаю. Какие моменты сил возникают у парапланы при попадании в вертикальный порыв ветра? Поясните, плз.
В основном из-а того, что направление полной аэродинамической силы нелинейно зависит от угла атаки (поляра), а точка ее приложения далеко отстоит от центра масс. Поэтому при изменении угла атаки моменты образуются довольно приличные и крыло довольно быстро (до секунды) занимает положение над центром масс в направлении действия полной аэродинмической силы. При этом скорость крыла тоже меняется очень быстро, крыло за те же доли секунды успевает разогнаться и притормозить (или в обратной последовательности) в новой точке равновесия горизонтальных составляющих аэродинамических сил. При этом угол атаки естественно тоже будет меняться и отличаться от того, который мы условно задали в самом начале и конечно кроме того будет зависеть от вертикальной составляющей скорости. Но вертикальные составляющие сил условно уравновесятся несколько позже, после падения вертикального ускорения до небольшой величины. При этом точка приложения полной аэродинамической силы не будет находиться точно над центром масс и начнется затухающий колебательный процесс установления равновесия маятника.

На практике это приблизительно так:
1. При слабом ветрикальном порыве, когда угол атаки не увеличивается выше значения максимального аэродинамического качества для крыла и половины строп (а не для всего параплана, этот несколько больше), полная аэродинамическая сила отклоняется вперед, крыло быстро ускоряется, уходит немного вперед и частично компенсирует увеличение угла атаки, но все же увеличивая при этом величину подъемной силы и замедляя проход точки равновесия всех сил. При этом отклонение от вертикали небольшое из-за слабости порыва и и пилоты не замечают особых движений крыла над собой и последующего маятникового успокоения.
2. При сильном вертикальном порыве, когда угол атаки увеличивается выше скорости максимального аэродинамического качества, полная аэродинамическая сила отклоняется назад, дополнительно увеличивает угол атаки, крыло тормозится и переходит на участок поляры с нестабильностью по скорости, продолжая затормаживаться и увеличивая угол атаки. Но до срыва обычно не доходит, так как очень резкое увеличение полной аэродинамической силы как за счет вертикального порыва, так и за счет отклонения крыла назад, приводит к быстрому ускорению пилота вверх и устранению причины, вызывающей движение крыла назад. Силы к первичному равновесию приходят в положении крыла сильно сзади с пониженной скоростью крыла, увеличенным углом атаки и начинается маятниковый процесс.
3. При среднем вертикальном порыве некоторой величины крыло сначала немного тормозится, потом по мере уменьшения угла атаки немного ускоряется и параплан приходит в точку равновесия сил в вертикальном положении с балансировочной скоростью крыла.

Зная эти особенности, я путем моделирования параметров моих крыльев подбирал их так, чтобы для них "средними" были наиболее часто наблюдаемые порывы около 3 м/с. Благодаря этому крыло пролетает обычную термическую турбулентность без раскачки по тангажу, не загружая пилота необходимостью упокоения раскачки. Возникает ощущение поездки на Мерседесе, а вариометр меньше искажает величину скороподъемности. А порывы порядка +8 м/с не вызывают особого беспокойства.
Редактировалось: ingener (16 Ноя 2013), всего редактировалось 1 раз(а)
bergen@ir
Гость
16 Ноя 2013
Re: Динамика полёта: переходные процессы у параплана
Считаю, что практически всё написанное вами правильно, но у меня есть одно уточнение. Вы пишете, что крыло довольно быстро занимает положение над центром масс. Упущение в том, что полную аэродинамическую силу крыла, уравновешивают масса и сопротивление пилота.
ingener
пилот выходного дня
17 Ноя 2013
Re: Динамика полёта: переходные процессы у параплана
Цитата:
Упущение в том, что полную аэродинамическую силу крыла, уравновешивают масса и сопротивление пилота.
Упущения никакого нет.
В выражении :
Цитата:
крыло довольно быстро (до секунды) занимает положение над центром масс в направлении действия полной аэродинмической силы.
запятых нет. Крыло занимает положение над центром масс в направлении действия полной аэродинмической силы. А не строго над центром масс по вертикали. А в этом положении полную аэродинамическую силу крыла, уравновешивают масса (вернее вес + сила инерции, так как масса имеет другую размерность, не векторная величина, и ее складывать и вычитать с силами нельзя) и сила сопротивления пилота.
bergen@ir
Гость
17 Ноя 2013
Re: Динамика полёта: переходные процессы у параплана
Если не трудно, изобразите графически. Мне, и думаю многим другим будет интересно. Считаем эту акцию лёгким теоретическим ликбезом.
ingener
пилот выходного дня
18 Ноя 2013
Re: Динамика полёта: переходные процессы у параплана
Можно взять любую поляру:



Например на этой, балансировочной скорости соответствует угол атаки около 6 градусов. При увеличении угла атаки полная аэродинамическая сила R сначала отклоняется немного вперед, а затем идет назад. При этом только на балансировочном угле атаки и на угле атаки ниже скорости максимального аэродинамического качества ее направление проходит через центр масс. В остальных случаях возникают положительные или отрицательные моменты полной аэродинамической силы относительно центра масс. Но устойчивым положением является только балансировочный угол атаки, так как на углах атаки выше угла максимального аэродинамического качества (на рисунке около 7,5 градусов) проявляется неустойчивость по скорости, приводящая к тому, что скорость непрерывно падает, а угол атаки соответственно растет. Однако проведя прямую из начала координат через точку 6 градусов, мы увидим, что она повторно пересечет поляру в точке где-то 15 градусов. Что говорит о том, что несмотря на неустойчивость по скорости, приводящую к дальнейшему увеличению угла атаки после 7,5 градусов, на участке поляры от 6 до 15 градусов будет действовать пикирующий момент от полной аэродинамической силы, приводящий к уменьшению угла атаки. (а после 10-20 градусов приобретает существенное значение момент от смещения центра давления назад) Из этих двух противоположных тенденций вторая побеждает, так как они вызваны силами одного порядка, но первая действует практически на всю массу параплана (если не учитывать опережающее отставание крыла), а вторая практически только на массу крыла (если не учитывать момент инерции тушки пилота). Поэтому очень важно иметь меньшую массу крыла вместе с воздухом внутри. В этом отношении крылья большего удлинения выигрывают, так как в них на единицу площади содержится меньше воздуха.

Но ликбезом это уже назвать трудно, так как такой подробный (и даже более подробный) учет всех взаимосвязей нужен только конструкторам (и то не всем, а только любителям все знать). Пилотам он ни к чему.
Редактировалось: ingener (18 Ноя 2013), всего редактировалось 1 раз(а)
bergen@ir
Гость
18 Ноя 2013
Re: Динамика полёта: переходные процессы у параплана
Инженер, более менее всё понятно но не совсем.В любом случае спасибо за подробные объяснения. Для наглядности хотелось бы увидеть разложение всех действующих сил применительно к макету параплана. На Ассоциации экспериментальной авиации тоже есть Инженер, это не вы?
Редактировалось: bergen@ir (18 Ноя 2013), всего редактировалось 1 раз(а)
ingener
пилот выходного дня
18 Ноя 2013
Re: Динамика полёта: переходные процессы у параплана
Цитата:
Для наглядности хотелось бы увидеть разложение всех действующих сил применительно к макету параплана. На Ассоциации экспериментальной авиации тоже есть Инженер, это не вы?
Это я.

С разложением сил я не стану высовываться, так как оно у меня не традиционное и тут сразу появится куча знатоков, начитавшихся учебников аэродинамики, обвиняющих меня в невежестве. Традиционное классическое приведение всех сил и моментов к центру тяжести летательного аппарата безусловно верно и для параплана (и с ним можно ознакомиться во множестве источников), но получается таким сложным, что разобраться получается сложнее, чем при приложении сил и моментов к двум точкам - центру массы параплана и центру давления параплана. Во втором случае общая сложность не меньше, но можно последовательно разобраться сначала с крылом, потом с пилотом, а затем свести все это вместе. К тому же появляется возможность рассмотрения поведения крыла в случае ослабления натяжения строп. Сложность парапланерного разложения сил обусловлена тем, что нужно рассматривать и моменты от горизонтальных составляющих сил, которые в классике обычно не рассматриваются, хотя в принципе их рассмотрение возможно и там. При этом сложность возрастает не пропорционально увеличению количества рассматриваемых моментов, а пропорционально факториалу этого числа, так как нужно рассматривать все связи, особенно когда речь идет о динамике. Не берусь утверждать, что я за свою жизнь рассмотрел все эти взаимосвязи, так как всегда рассматривал только те, которые интересовали в данный момент.
Редактировалось: ingener (18 Ноя 2013), всего редактировалось 1 раз(а)
Борисов Артем
1-й разряд
18 Ноя 2013
Re: Динамика полёта: переходные процессы у параплана
Цитата:
Но ликбезом это уже назвать трудно, так как такой подробный (и даже более подробный) учет всех взаимосвязей нужен только конструкторам (и то не всем, а только любителям все знать). Пилотам он ни к чему.
Для описания процесса устойчивости и вводится такое понятие как фокус. И именно от его положения зависит устойчива система или нет. Я это не к тому, что все вышеописанное неправильно, а к тому что это понятие очень облегчает изложение материала и для пилотов будет вполне достаточно.
ingener
пилот выходного дня
18 Ноя 2013
Re: Динамика полёта: переходные процессы у параплана
Цитата:
Для описания процесса устойчивости и вводится такое понятие как фокус. И именно от его положения зависит устойчива система или нет.
Разумеется, это классика для случаев, когда положение фокуса и центра масс практически не отличается по высоте. И перемещение фокуса рассматривается только по оси Х.
Но для параплана такое приближение дает в принципе неверные результаты. Параплану практически до фонаря положение фокуса (до тех пор, пока натянуты стропы), так как маятниковая устойчивость преобладает. Направление полной аэродинамической силы для параплана, в отличие от самолета, преобладает над координатой точки ее приложения.
Борисов Артем
1-й разряд
18 Ноя 2013
Re: Динамика полёта: переходные процессы у параплана
Цитата:
Направление полной аэродинамической силы для параплана, в отличие от самолета, преобладает над координатой точки ее приложения.
Да, безусловно разница с самолетом есть. Я может не совсем акцентировал внимание в своем посте о том, о чем хотел сказать. Пилоту самолета даются понятия о фокусе и т.п. для того, чтобы он имел представления об устойчивости аппарата(причем чем проще объяснить, тем лучше). Эти же знания достаточны и парапланеристу.
В посте выше вы писали про разложение сил, насколько это все сложно описать и т.п. Абсолютно с вами согласен. Во первых сложно. Во вторых - а зачем все так подробно расписывать? Эти знания не прибавят пилоту представление о том как вести себя в условиях жесткой турбулентности. Для самолета эти условия легкий дискомфорт, а для параплана... Ламинарное обтекание описано теорией, турбулентное - нет, и описано не будет ввиду своей непредсказуемости - сейчас дунуло вверх, а через секунду? Мое мнение, лучше не забивать себе голову этим, однако общее представление о процессе иметь конечно же желательно.
Волков Василий
17 Ноя 2013
Re: Динамика полёта: переходные процессы у параплана
Спасибо за подробное объяснение. У меня возникла мысль, что производители парапланов изменяя профиль и схему стропления могут выбирать точку приложения аэродинамических сил перед центром масс или сзади. В первом случае параплан будет менее устойчив к вертикальным порывам. Т.е. увеличение угла атаки будет создавать моменты сил увеличиваущий угол тангажа. .
ingener
пилот выходного дня
17 Ноя 2013
Re: Динамика полёта: переходные процессы у параплана
Цитата:
У меня возникла мысль, что производители парапланов изменяя профиль и схему стропления могут выбирать точку приложения аэродинамических сил перед центром масс или сзади.
Немного не так. Точка приложения аэродинамических сил в установившемся полете всегда точно по вертикали над центром масс. А вот выбирая профиль и стропление можно выбирать форму поляры и точку сбаланстрованного полета на ней.
bergen@ir
Гость
18 Ноя 2013
Re: Динамика полёта: переходные процессы у параплана
В своём высказывании вы немного ошиблись, сказав, что точка приложения аэродинамических сил всегда точно по вертикали над центром масс.Могу это доказать графически.Данное явление очень важно для понимания стремления уменьшения сопротивления пилота любыми средствами. К примеру, почему качество системы пилот параплан с коконом выше.
ingener
пилот выходного дня
18 Ноя 2013
Re: Динамика полёта: переходные процессы у параплана
Цитата:
В своём высказывании вы немного ошиблись, сказав, что точка приложения аэродинамических сил всегда точно по вертикали над центром масс.
Это зависит от принятых нами допущений. Действительно, сопротивление пилота весьма существенно и составляет около 1/6 от общего сопротивления параплана. Но в контексте рассмотрения динамики им лучше пренебречь. Чтобы не усложнять.
Борисов Артем
1-й разряд
17 Ноя 2013
Re: Динамика полёта: переходные процессы у параплана
Цитата:
В первом случае параплан будет менее устойчив к вертикальным порывам. Т.е. увеличение угла атаки будет создавать моменты сил увеличиваущий угол тангажа. .
Первого случая быть не должно, т.к. параплан будет не "менее устойчив", а просто неустойчив)) Если увеличение угла атаки сопровождается созданием момента увеличивающим угол тангажа, то параплан будет и далее увеличивать угол атаки вплоть до срыва, ну а дальше срыв потока и задний свал...
Редактировалось: Борисов Артем (18 Ноя 2013), всего редактировалось 1 раз(а)
ЯнекРут
20 Янв 2014
мимо проходил....
увеличение угла атаки ЛА с низким расположением ЦТ приводит к его (ЦТ) смещению вперед.
И обратно, уменьшение - смещает назад. Поэтому все, что с низким расположением ЦТ очень охотно вращается в сторону уменьшения углов атаки, и менее охотно в сторону увеличения.
К чему я это говорю....
Если и найдется идиот, который сделает все через.... природа поправит.
ingener
пилот выходного дня
20 Янв 2014
Re: мимо проходил....
Цитата:
Поэтому все, что с низким расположением ЦТ очень охотно вращается в сторону уменьшения углов атаки, и менее охотно в сторону увеличения.
: : :
А как это совместить с маятниковой устойчивостью? С "охотой" сохранять заданный конструкцией угол атаки?
ЯнекРут
20 Янв 2014
Re: мимо проходил....
Цитата:
А как это совместить с маятниковой устойчивостью?
А что это? Киньте литературы. С удовольствием почитаю на досуге...
ingener
пилот выходного дня
20 Янв 2014
Re: мимо проходил....
Так вы не летаете на параплане?
Тогда понятно ваше непонимание.

http://www.para-sky.ru/stability/
ЯнекРут
20 Янв 2014
Re: мимо проходил....
если "теория маятниковой устойчивости" ограничивается сортирным "рис. №2" То я предпочитаю рассматривать устойчивость и управляемость данного типа с позиций классических представлений аэродинамики.
Ну там "фокус-чмокус" моменты всякие не кошерные.
Пока не доказано обратное.
ЗЫ
Вот этот картинк я имею в виду. Он абсолютно справедлив, если учесть, что заштрихованная хрень никуда не движется.
А она какбэ движется. Иначе бы углы атаки не менялись.
А ежели она движется, то имеет место быть закон механики о "постоянстве положения центра масс".
Раз он имеет место быть, то теория про маятник мракобесием попахивает.
Стало быть нужно моменты относительно ЦТ считать....
Возможно, я не прав.....
Докажите обратное. Или сошлитесь на доказательство. Или опровергните мою цепочку рассуждений...
Я не против.
ingener
пилот выходного дня
21 Янв 2014
Re: мимо проходил....
Цитата:
Стало быть нужно моменты относительно ЦТ считать....
Конечно. Так принято.
Однако относительность движения никто не отменял и мы имеем полное право применять ту систему координат, которая в данный момент кажется нам удобнее. Единообразное приложение всех сил и моментов к центру тяжести почти необходимо при решении сложных задач, чтобы не запутаться. Однако для пояснения простых случаев в этом нет особой необходимости.
ЯнекРут
21 Янв 2014
Re: мимо проходил....
Да он тут вообще не применим!
У вас заделка подвеса маятника вращается вместе с маятником.
Стало быть маятник ваш висит в пустоте и имеет 6 степеней свободы.
Стало быть "тело имеющее шесть степеней свободы, бла бла бла..... Относительно центра масс".
Всё.
ingener
пилот выходного дня
21 Янв 2014
Re: мимо проходил....
Еще раз:
Любое движение относительно.
То есть относительно чего-нибудь, что мы выбираем сами по своему разумению. Выбор центра масс в качестве нуля системы координат - это хороший тон. Но не обязательное условие.
mmm
пилот выходного дня
31 Янв 2014
Re: мимо проходил....
Цитата:
Вот этот картинк я имею в виду. Он абсолютно справедлив, если учесть, что заштрихованная хрень никуда не движется.
А она какбэ движется. Иначе бы углы атаки не менялись.

картинка справедлива если брать конкретный момент времени. просто там будут другие факторы тоже.
ЯнекРут
04 Фев 2014
Re: мимо проходил....
неа....
В любом случае, нахрена велосипед изобретать, если всё уже украдено до нас??
mmm
пилот выходного дня
31 Янв 2014
Re: мимо проходил....
Цитата:
приводит к его (ЦТ) смещению вперед.
относительно чего?
mmm
пилот выходного дня
07 Фев 2014
Re: мимо проходил....
система отсчета связанная с нулевой точкой в аэродинамическом фокусе это жесть. я даже пытаться не хочу себе так мозг выворачивать.
ЯнекРут
08 Фев 2014
Re: мимо проходил....
Цитата:
система отсчета связанная с нулевой точкой в аэродинамическом фокусе это жесть. я даже пытаться не хочу себе так мозг выворачивать.
Чего про центровку не слышал?
Про "запас центровки" тоже?
mmm
пилот выходного дня
09 Фев 2014
Re: мимо проходил....
слышал, а при чем тут это?

  Форумы paraplan.ru ParaForum Теория Динамика полёта: переходные процессы у параплана



Перейти: