2R design
Grafično oblikovanje
Razrez in montaža nalepk
CNC rezkanje
Laserska obdelava
Modelarstvo
Modelarske kategorije
Akrobacije
Aerodinamika
Spletna modelarska šola
Za začetnike
Zgodovina
Modelarstvo
Balonarstvo
Jadralna letala
Motorna letala
Slovenski konstruktorji
Zgodovinski članki
Knjiga
Najbolj brano
Zadnji prispevki
Anketa
Koliko modelov ste že zgradili?
 
Gostovanje
Anja
Andraž
 
Aktualno
Na naslovu www.2r.si nastaja prenovljena spletna stran,
ki bo po dokočanju zamenjala to na naslovu www.modelarstvo.si
 
Modelarstvo arrow Aerodinamika arrow 14. Ukrivljenost profila
 
14. Ukrivljenost profila Natisni
Zmote med modelarji
Modelarji imajo včasih zmotno mnenje o ukrivljenosti profila. Najboljši primer je profil Clark-Y, ki ima skoraj ravno spodnjo konturo. Ta profil je lahko bolj ukrivljen od profila, ki je tanjši in ima vbočeno spodnjo konturo. Po isti poti se lahko spreminja tudi debelina profila, medtem, ko ukrivljenost ostaja nespremenjena. NACA 4415 in 4409 imata oba ukrivljenost 4%, medtem, ko je prvi na spodnji strani izbočen, drugi pa vbočen. Zaradi tega ukrivljenosti profila ne moremo določiti po spodnji konturi, pač pa si moramo predstavljati obliko skeletnice profila. Tako imenovani pol simetrični profili so vedno ukrivljeni, količina ukrivljenosti pa je od profila do profila različna. Razlikujejo se tudi od oblike skeletnice in debeline. Celo simetrični profili se med letom zelo razlikujejo, saj se razlikuje razporeditev debeline po dolžini tetive. Oblika profila je izražena s števili, ki predstavljajo točke v koordinatnem sistemu in ga z njihovo pomočjo lahko narišemo. Ukrivljenost lahko dobimo matematično ali pa grafično z natančnim risanjem. Nekateri modelarji v upanju doseči več vzgona brez naraščanja upora povesijo zadnji rob profila. Tu se pojavi zanka, saj dobi skeletnica nasprotni efekt. V takem primeru je bolje vzeti nov profil s primerno oblikovano skeletnico in povečano ukrivljenostjo. Nasprotni efekt dobimo tudi v primeru, da zadnji rob zakrivimo navzgor v upanju dobiti ustrezno zvitje. Tak refleksni profil se nagiba k hitrejši porušitvi vzgona. Namen refleksnega profila je le zmanjšati moment in ne zadrževati porušitve vzgona.
Pri spreminjanju ukrivljenosti profila moramo premišljeno preoblikovati celotno linijo od prvega do zadnjega roba profila. Takšno modifikacijo ponavadi delamo takrat, ko želimo proti koncu krila zmanjšati ukrivljenost in s tem izboljšati porušitev vzgona. Ta metoda je sicer dobra, vendar je potrebna previdnost.

Simetrični profili
Vpliv ukrivljenosti profila na vzgonsko krivuljo
Vpliv ukrivljenosti profila na vzgonsko krivuljo
Simetrični profili pri vpadnem kotu 0° ne proizvajajo vzgona. Skeletnica je ravna črta, ki se pokriva s tetivo profila in je zato vzporedna z glavnim tokom zraka ob profilu. Ukrivljen profil ne proizvaja vzgona le pri nekem negativnem vpadnem kotu, ki je odvisen od profila in zanj zelo pomemben. Bolj kot je profil ukrivljen, večji je negativni vpadni kot, pri katerem profil ne proizvaja vzgona. Risba grafično prikazuje kako z večanjem ukrivljenosti profila potuje vzgonska krivulja v levo. Vseeno kako strma je vzgonska krivulja za določen profil je premik te krivulje vedno enak. Krivulja ostaja pravilna toliko časa, dokler se glavni tok ne odtrga od profila. Risba tudi kaže, da ima bolj ukrivljen profil višji maksimalni vzgonski koeficient pred porušitvijo kot manj ukrivljen, vendar se to zgodi pri geometrijskem vpadnem kotu že prej. Če gledamo od točke vpadnega kota, kjer profil ne proizvaja vzgona vidimo, da ima bolj ukrivljen profil večji razpon vzgonske krivulje preden se vzgon poruši. To je zelo pomemben podatek pri oblikovanju krila.

Kontrola porušitve vzgona s spremembo ukrivljenosti
S spremembo ukrivljenosti profila vzdolž razpona krila lahko kontroliramo porušitev vzgona. Če se proti koncu krila ukrivljenost profila manjša, brez geometrijskega zvitja (tetive vseh profilov so vzporedne) dobimo aerodinamično zvitje, ker se vpadni koti profilov, kjer ne proizvajajo vzgona, med seboj razlikujejo.
Zvitje krila
Zvitje krila
Pri eliptično oblikovanem krilu, ki ima aerodinamično zvitje, pride do porušitve vzgona najprej v korenu krila, konice pa še vedno nosijo. Pri večji hitrosti je vseeno, saj koren krila nosi, profili na koncu krila pa se nahajajo v območju vpadnih kotov, kjer nimajo vzgona. Vzgonska razdelitev po krilu ni eliptična, saj se krilo obnaša kot bi imelo geometrijsko zvitje. Da bi vzpostavili eliptično porazdelitev vzgona na krilu, bi morali krilo geometrijsko zviti navzgor, kar pa na žalost sproži porušitev vzgona najprej na konicah, ker imajo ti profili nižji maksimalni vzgonski koeficient. Veliko kril je grajeno tako, da se proti koncu zmanjšuje ukrivljenost profila, dodano pa je tudi nekaj zvitja navzdol. Ta kombinacija aerodinamičnega in geometrijskega zvitja lahko obrodi zelo dobre rezultate, saj je porušitev vzgona kontrolirana. Če ukrivljenost profila proti koncu krila narašča, dobimo nasprotni neželjen učinek, saj se vzgon najprej poruši na koncu krila. Če krilo geometrijsko zvijemo navzgor proti koncu krila in obenem krilo aerodinamično zvijemo v nasprotno smer, lahko prav tako dobimo odlične rezultate.
Zvitje krila
Zvitje krila

Za primer vzemimo dva različna profila, ki imata 2 stopinji razlike vpadnih kotov, kjer ne proizvajata vzgona in naredimo geometrijsko zvitje v nasprotno smer za 2 stopinji ali za varnost še malo več. Na tak način doseže celotno krilo enak vpadni kot, kjer profili ne proizvajajo vzgona in vzgonski koeficient je po celem krilu enak. Vzgonska razdelitev po krilu se približa idealni eliptični, na konicah krila pa se ne poruši vzgon, ker ima bolj ukrivljen profil višji maksimalni vzgonski koeficient in se mu vzgon poruši kasneje. Zaradi tega se vzgon poruši najprej v korenu, krilo pa je zmogljivo čez cel spekter hitrosti letenja. Ta metoda se veliko uporablja pri pravih letalih, lahko pa jo z istim namenom uporabimo pri modelu. Pri oblikovanju takega krila je bistveno le to, da imamo podatke za vpadni kot profilov, kjer ne proizvajajo vzgona. Tak pristop pri oblikovanju krila zahteva tudi natančno gradnjo, za kar je najprimernejša gradnja v sendvič izvedbi s sredico iz stirena.

Zakrilca in vodljivost
Bolj ukrivljen profil proizvaja več vzgona kar se lepo vidi na risbi, da ima bolj ukrivljen profil višji maksimalni vzgonski koeficient. Zaradi tega se med pristankom uporabljajo zakrilca, ki povečajo ukrivljenost profila in s tem povečajo vzgonsko silo. Letalo v ravnotežju ima vzgon enak teži in ker se zaradi odklona zakrilc, vzgonski koeficient poveča se mu zmanjša hitrost. Risba prikazuje učinek odklona krilc pri različnih kotih. Ko se krilce spusti navzdol, se vzgonska krivulja pomakne levo in navzgor v koordinatnem sistemu. Če se lega in pot modela v tem trenutku ne spremeni, se učinkovit vpadni kot poveča, ker tetiva profila zavzame novo lego. Pri premiku krilca navzgor je učinek ravno nasproten. Razcepljeno zakrilce ima enak učinek s prednostjo med pristajanjem ker proizvede več upora. Zmanjšanje razmerja vzgon/upor in strmo spuščajoča pot modela pomaga pilotu natančnejši pristanek. Zračna zavora na spodnji strani krila, ki je nameščena blizu 50% dolžine tetive tudi spremeni ukrivljenost profila in rahel porast maksimalnega vzgonskega koeficienta, upor pa se zelo poveča. Takšna izvedba je v aerodinamičnem smislu zelo dobra, vendar je izpostavljena poškodbam med pristankom.

Ukrivljenost profila in upor
Počasi leteči modeli zahtevajo zelo ukrivljen profil, hitro leteči pa manj ukrivljen, ker je pri večji hitrosti zelo pomemben upor. Vpliv ukrivljenosti profila na upor prikazuje risba.
Upogljive krmilne površine
Upogljive krmilne površine
Če primerjamo s simetričnim profilom vidimo, da z naraščanjem ukrivljenosti profila narašča tudi minimalni upor. Profile primerjamo med seboj pri vpadnem kotu, kjer ne proizvajajo vzgona. Podobne rezultate dobimo tudi pri razmerju vzgon/upor. V praksi modelar zelo težko oceni pod katerim vpadnim kotom leti model, saj se mu glede na režim leta kot venomer spreminja. Spreminja pa se mu tudi aerodinamični vpadni kot. Da bo model proizvajal najmanj upora pri določenem vzgonskem koeficientu moramo skrbno izbrati ukrivljenost profila. To je še posebej pomembno pri hitro letečih modelih.
Vpliv večanja ukrivljenosti profila na vzgon
Vpliv večanja ukrivljenosti profila na vzgon

Matematično je možno določiti najboljšo ukrivljenost profila za vsako hitrost letenja. Lahki modeli za veliko hitrost v ravnem letu zahtevajo malo ukrivljene profile. Toda modeli zelo malo letijo v ravnem letu in bolj ali manj ostro zavijajo. Risba prikazuje porast vzgonskega koeficienta na krilu med zavojem. Krilo ustvarja dodatno vzgonsko silo, ki deluje nasproti vztrajnosti. Koliko se vzgonska sila poveča je odvisno le od nagiba modela v zavoju. V ostrem zavoju je krilo postavljeno v višji vpadni kot, zato je slabo uporabiti tanek in rahlo ukrivljen profil. Takemu profilu pri velikem vpadnem kotu zelo naraste upor, lahko pa se celo poruši vzgon. Takšno krilo potrebuje profil, ki ima majhen upor in velik vzgonski koeficient. Lahko uporabimo laminarni profil ali naredimo spremenljivo ukrivljenost profila.
Vpliv ukrivljenosti profila na upor
Vpliv ukrivljenosti profila na upor
To dosežemo z zakrilci, ki jih v zavoju rahlo spustimo, da povečamo vzgonski koeficient, upor pa še zmerom ostane najmanjši pri velikem vpadnem kotu.
Pri jadralnih modelih, ki so strimani za letenje pri največjem razmerju Cl1,5/Cd, je nujno potrebno zmanjšati upor profila in bolj ukriviti profil. Tak profil dosega višji vzgonski koeficient, kar omogoča modelu počasen let. Popolno ukrivljenost profila za določeno hitrost modela je zelo težko določiti, saj so za tako izbiro podatki o profilu neprimerni. Vrednost razmerja Cl1,5/Cd se lahko popravi z vitkostjo krila ali dopusti več upora. Računsko lahko to preverimo tako, da določimo delovne vzgonske koeficiente in jih vrišemo v graf, ter znova preverimo ukrivljenost profila. Model bo na ta način najbolje striman za določeno hitrost pri določenem vzgonskem koeficientu.

Spremenljiva ukrivljenost
Skoraj nemogoče je izdelati model, ki bi bil zmogljiv pri vseh hitrostih. Za jadranje mora biti model striman pri visokem vzgonskem koeficientu, zaradi nižjega upora pa mora biti močno ukrivljen. Za doseganje višjih hitrosti pa mora biti profil zelo malo ukrivljen ali celo simetričen. Pri velikih vitkostih kril je glavni namen zmanjšati hitrost padanja, upor profila pa je malenkosten. Pri višjih hitrostih pa je upor profila zelo pomemben. Nobena ukrivljenost profila ni primerna za vse hitrosti letenja. Če uporabimo krila s profilom, ki je malo ukrivljen, za večje hitrosti, se za jadranje zanašamo na večjo vitkost kril. Izbran profil mora omogočati nizek upor v širokem pasu vpadnih kotov. Bolj zaželjen je laminarni profil, ki ima širok pas nizkega upora. Še bolje pa je tak profil združiti s spremenljivo ukrivljenostjo. Preprosta zakrilca zelo povečajo razpon hitrosti letenja. V termiki zakrilca spustimo nekoliko navzdol, kar privede do premika krivulje upora v desno, krivuljo upora pa v levo. Med dvema termičnima stebroma pa model doseže veliko prodornost, če zakrilca nekoliko dvignemo, krivulji pa se premakneta v nasprotni smeri. Pilot nenehno ureja lego zakrilc glede na spremembo hitrosti. Pri pravilnem spreminjanju ukrivljenosti profila se lega trupa zelo malo spremeni. Prednost tega je, da je trup pri vseh hitrostih pod enakim kotom, kar zagotavlja najmanjši upor. Slabo izbrana oblika modela ali neprimerno spreminjanje ukrivljenosti profila privede do spremembe lege trupa, ta pa proizvede več upora.

Oblikovanje zakrilc
Izdelati kvalitetno spreminjanje ukrivljenosti ni lahko.
Sile na model v zavoju
Sile na model v zavoju
Zračni tok nad krilom ne sme ostro spremeniti smeri ali se srečati z višjim tlakom, ki pronica skozi režo iz spodnje strani. V tem primeru se mejna plast lahko odtrga in nastane velik upor. Zgib zakrilca mora biti skrbno zatesnjen. Najbolje je tudi, sa se uporablja profil, ki je oblikovan za uporabo zakrilc. Zakrilca naj se razširijo čez cel razpon krila in naj se ne zaključijo pri krilcih. Ti naj se dvigajo in spuščajo skupaj z zakrilci, kar je še posebej pomembno pri nizkih hitrostih. Če so spuščena samo zakrilca, model pa ostro spremeni vpadni kot, se v spoju zakrilc in krilc pojavi odsekano zvitje, ki ima pri eliptični porazdelitvi vzgona na krilu nasproten učinek in poveča induciran upor. To je primerno predvsem, pri pristajanju, kjer želimo večji upor. Nekateri modelu uporabljajo za pristajanje poleg zakrilc še krilca, ki jih odklanjajo v nasprotno smer navzgor. To ustvari zelo velik upor profila in v spoju med krilci in zakrilci velik vrtinec. Na žalost pa je pri nižjih hitrostih izgubljena kontrola krilc.

Akrobatski modeli
Akrobatski modeli morajo imeti enake letalne lastnosti pri normalnem in hrbtnem letu, zato uporabljajo simetrične profile. Oblika takih modelov se nagiba k temu, da je model simetričen tudi preko linije vlečne sile. To simetričnost najbolj kvari podvozje, ki je samo na spodnji strani. Akrobatski jadralni modeli zahtevajo nekaj ukrivljenosti profila za jadranje, vendar je za akrobatsko letenje to slabo. Pravilno oblikovana zakrilca in krilca v veliki meri spremenijo ukrivljenost profila, da je model sposoben tudi hrbtnega leta.

Ukrivljenost profila in center tlaka
Obstajata dve enako veljavni poti za opisovanje sil, ki nastanejo na krilu med letom. Prva metoda se ukvarja s sistematičnim iskanjem delovanja sil pri obnašanju profila v vetrovniku. Ko je krilo postavljeno v vetrovnik je vzgon merjen pri pravem vpadnem kotu glede na tok zraka, upor pa je vzporeden z njim. Med merjenjem se pojavi še ena sila, ki želi krilu spremeniti vpadni kot.
Uporaba zakrilc pri jadralnem modelu poveča razpon hitrosti
Uporaba zakrilc pri jadralnem modelu poveča razpon hitrosti
Merjenje te sile pri različnih vpadnih kotih daje rezultat, ki se imenuje moment krila. Te meritve pa so lahko zelo različne glede na to v kateri točki je krilo pritrjeno, bodisi na prednjem robu ali nekje na tetivi. Pri premikanju točke vpetja po tetivi in sprotnem merjenju je možno narisati graf, v katerem je ta točka izražena v % globine profila merjena od prednjega roba. Če se vpadni kot zmanjša, se center tlaka pomakne nazaj, če pa se poveča, potuje naprej, vendar nikoli ne pride dlje kot do 25% globine tetive. Pri kritičnem vpadnem kotu, ko se poruši vzgon, se center tlaka zelo hitro premakne nazaj na 50% globine tetive. Gibanje točke delovanja vzgona povzroči tudi moment. Simetrični profili so pri takem merjenju izjema, center tlaka je fiksiran na prvi četrtini globine tetive, če je vpadni kot manjši od kritičnega. Če simetrični profil postavimo v vpadni kot 0 stopinj, ta ne ustvari vzgona in s tem tudi ne momenta. Pri vseh profilih pa to ni tako. Ukrivljeni profili imajo tudi pri vpadnem kotu, kjer ne proizvajajo vzgona zelo izrazit moment, ki hoče krilo zavrteti z nosom navzdol.
Druga metoda je računska, saj je gibanje točke tlaka vedno računski rezultat, katerega dobimo z upoštevanjem treh sil na krilu; vzgona, upora in momenta, merjenega v točki na krilu. Teoretična točka tlaka je vedno nejasna, saj vzgonsko silo delimo s silo, ki odklanja krilo in dobimo velikost momenta krila.
Pri zmerno nizkem vpadnem kotu in velikih hitrostih letenja, računanje in risanje centra tlaka pokaže, da se pomakne zelo daleč nazaj, celo čez dolžino tetive. Zdi se, da se center tlaka nahaja nekje zunaj zadnjega roba. Težko si predstavljamo, da vzgon na krilu deluje nekje za njim. Pri strmoglavem letu, kjer krilo ne proizvaja vzgona pa lahko celo rečemo, da je ta razdalja neskončna.
Rekli smo že, da je točka tlaka nejasna. Nastaja pa zmeda, ker so podatki lažni da točka tlaka potuje dalje od zadnjega roba, ali pa se ustavi nekje na tetivi. Ta vtis je ojačan s starimi izsledki znanstvenikov, ki opisujejo obremenitve krila s premikanjem centra tlaka naprej in nazaj.

Aerodinamični center
Simetrični profili imajo aerodinamični center na prvi četrtini globine tetive in sicer toliko časa, dokler se zračni tok ne utrga. Ta teorija se je uporabljala že pred poskusi v vetrovniku, ki pa je to le še potrdila. Ta teorija pa drži tudi za ukrivljene profile. Moment krila se v vetrovniku meri vedno v točki, ki se nahaja na prvi četrtini globine, saj se je izkazalo da je skoraj konstantna. V tej točki se merijo tudi vse ostale sile, ki delujejo na krilo. Vzgon, upor in moment se izražajo s koeficientom. Pri spreminjanju vpadnega kota, vzgon in upor različno nihata, medtem, ko je moment skoraj ravna črta in enakomerno narašča z večanjem vpadnega kota. Točka, v kateri je moment krila konstanten je aerodinamični center krila.
Vzgon in upor se ne premikata po krilu pač pa delujeta v aerodinamičnem centru, kakor tudi moment krila. Ukrivljeni profili imajo moment, ki poskuša zavrteti prednji rob krila navzdol, njegova jakost pa je odvisna od ukrivljenosti profila. Zelo malo ukrivljeni profili, ki so skoraj simetrični, imajo šibak moment. Refleksni profili imajo lahko enak moment kot simetrični profili, pri vpadnem kotu 0 stopinj tega momenta ni. Če je refleksni profil pretirano ukrivljen v obliki črke S, se moment lahko pojavi in ima lahko celo nasprotni učinek, ko poskuša zavrteti krilo z nosom navzgor. Običajno ukrivljen profil se pri hrbtnem letu obnaša podobno kot refleksni profil saj poskuša prednji rob krila zavrteti navzgor.
Na majhnih krilih, ki letijo pod nizkimi Re števili se lahko zgodi lokalna ločitev toka na zgornji površini. V tem primeru se aerodinamični center nekoliko premakne od pričakovane točke. Zdi se, da se aerodinamični center premakne naprej na 22 ali 23% globine tetive profila. Zaradi varnosti in boljše stabilnosti imajo taki modeli težišče pomaknjeno bolj naprej.

Obremenitve v letu
Enakomerno naraščanje momenta, ki ga podajajo podatki o profilu, v pravem letu ni več resničen. Velik vpliv ima hitrost letenja, saj aerodinamične sile in s tem tudi moment naraščajo s kvadratom hitrosti. Moment poskuša zviti krila tako, da se zadnji rob dvigne navzgor. Ker je zadnji rob veliko manj tog kot prednji, se lahko zgodi, da se krilo tako zvije takrat ko tega ne želimo. Zaradi tega morajo biti krila zelo toga. Ta pojav je vedno prisoten, toda pri togih krilih v manjšem obsegu. Tanka in manj toga krila so zelo dovzetna za zvijanje, zato se hitro lahko pojavi flutter ali celo blokada krilc.
Moment krila mora biti uravnotežen, za to pa poskrbi višinski stabilizator. Pri velikih hitrostih z ukrivljenim profilom je moment lahko zelo močan, zato mora višinski stabilizator ta moment zadržati. Bolj kot je ukrivljen profil krila, večjo silo navzdol mora ustvariti višinski stabilizator.
Nekateri jadralni modeli, ki so grajeni za počasno termično jadranje, pri večjih hitrostih ustvarijo flutter. V takih primerih lahko pride do loma višinskega stabilizatorja, kril ali oboje. Za hitro letenje morajo biti krila torzijsko zelo močna, višinski stabilizator pa močan za upogib navzdol. Če se višinski stabilizator ni zmožen upirati momentu krila, s takim modelom ne letimo hitro. To je še en razlog za zmanjšanje ukrivljenosti profila za hitre modele saj s tem zmanjšamo silo na višinskem stabilizatorju.

Nasprotni učinek krilc
Efekt krilc ni samo spremeniti vzgonski koeficient na delu krila kjer se nahajajo, pač pa tudi vplivati na moment krila. Spuščeno krilce poskuša zviti krilo k manjšemu vpadnemu kotu, dvignjeno krilce pa obratno. Te sile se z večanjem hitrosti zelo povečajo. Če krilo ni dovolj togo, odklon krilca spremeni vpadni kot celotnemu krilu, zato je lahko učinek krilc celo nasproten. To je najbolj prisotno pri hitrih jadralnih modelih z veliko vitkostjo kril in dolgimi krilci.

 
< Nazaj

 
 
 
Glavni meni
Modelarstvo
FPV letenje
Moji modeli
Načrti
Moja vzletna steza
Kit kompleti
Članki in nasveti
Modelarski krožek
Alpski pokal ALC
Načrti za otroke
Video filmi
Programi
Dogaja se
2R fly Forum
2R fly forum celostranski
FPV forum
Blog
Mali oglasi
Kazalo strani
Prijava na forum





Pozabil geslo?
Registracija Registriraj se
Obiskovalci
Obiskovalci: 1,292,832 (started: 2006-01-01) Obiskovalci danes: 323 Obiskovalci vceraj: 295 Obiskovalci na dan: Ø 300.04 Max. visitors per day: 1,391 (at (date): 2013-12-04) Max. page views per day: 18,882 (at (date): 2015-12-03) Page views: 8,829,385 Page views today: 1,053 Page views yesterday: 785 Page views per day: Ø 2,049.09 Page views per visitor: Ø 6.83 Online: 3 Obiskovalci Max. online: 71 (at (date): 2013-08-05, 13:34:08) Page views this page: 10,116 Your own page views: 85 JavaScript enabled: 0% (c) 2006 www.joom.la
Vreme

Vir: rtvslo.si
 
Optimizacija spletne strani, objava novosti tudi na Slovenski digg in web-strani.si