helikopter: siła tylnego śmigła
Jacek Popławski
to, aby tworzyć moment obrotowy (m.in. równoważący moment tworzony przez główne
śmigło). Poza momementem, jest jednak generowana siła, która nadaje
helikopterowi poziome przyśpieszenie (w prawo, lub w lewo, zależnie od kąta
łopatek w śmigle i kierunku obracania się). Co równoważy tą siłę?
Domyślam się, że płasczyzna górnego śmigła jest od początku trochę
przechylona w bok. Dzięki temu, jeśli np. tylne śmigło generuje siłę działającą
w prawo, to przechylone w lewo górne śmigło generuje siłę działającą w lewo i
helikopter utrzymuje się w miejscu.
Problem w tym, że siła generowana przez główne śmigło zależy od kąta
nachylenia łopatek. A więc jeśli chcę się wznieść do góry - przechylę mocniej
łopatki i siła się zwiększy - uzyskam przyśpieszenie pionowe. Ale zwiększy się
też składowa pozioma - i helikopter poleci w lewo!
Jak to jest rozwiązane? Czy górne śmigło przechyla się w zależności od kąta
łopatek? Oczywiście pilot może nim sterować, ale to by oznaczało, że przy
każdym zwiększaniu/zmniejszaniu wysokości musi też dostosowywać kąt nachylenia
górnego śmigła, by nie polecieć w bok...
Aha, jeszcze moje aktualne wzory dla śmigieł:
mr - macierz obrotu płaszczyzny śmigła
r - promień śmigła
w - prędkość kątowa śmigła
alfa - kąt nachylenia łopatek
f1 - parametr dla siły (siła generowana przez tłoczenie powietrza)
m1 - parametr dla momentu (moment generowany przez obracanie się śmigła)
p - pozycja środka śmigła względem środka masy helikoptera
F - siła
M - moment
F= mr * ( f1 * r*r * w*w * sin(alfa) )
M= m1 * w*w + (p x F)
(x - mnożenie wektorowe)
Andrzej Praszmo
news:slrnacon...@darkwood.localdomain...
[...]
> F= mr * ( f1 * r*r * w*w * sin(alfa) )
tj zależną od aktualnego położenia danej łopaty śmigła.
Andrzej
Jacek Popławski
>> F= mr * ( f1 * r*r * w*w * sin(alfa) )
> Wydaje mi się, że alfa jest wielkością dynamiczną,
> tj zależną od aktualnego położenia danej łopaty śmigła.
Wiem o tym. Ale na razie dla uproszczenia:
- przechylam całe śmigło w celu przechylenia helikoptera
- ustawiam łopatki pod stałym kątem w celu wygenerowania siły pionowej
Nie jestem jeszcze pewien jak dokładnie zmienia się ten kąt w trakcie obrotu
śmigła w prawdziwym helikopterze.
Jerzy Koperski
Sent: Sunday, April 28, 2002 10:36 PM
> Problem w tym, że siła generowana przez główne śmigło zależy od kąta
> nachylenia łopatek. A więc jeśli chcę się wznieść do góry - przechylę mocniej
> łopatki i siła się zwiększy - uzyskam przyśpieszenie pionowe. Ale zwiększy się
> też składowa pozioma - i helikopter poleci w lewo!
> Jak to jest rozwiązane? Czy górne śmigło przechyla się w zależności od kąta
> łopatek? Oczywiście pilot może nim sterować, ale to by oznaczało, że przy
> każdym zwiększaniu/zmniejszaniu wysokości musi też dostosowywać kąt nachylenia
> górnego śmigła, by nie polecieć w bok...
Tak.
J.K.
--
Encyklopedia multimedialna w prezencie!
http://www.e-mail.onet.pl
--
Archiwum grupy: http://niusy.onet.pl/pl.sci.fizyka
Jerzy Koperski
From: "Andrzej Praszmo"
Sent: Sunday, April 28, 2002 11:18 PM
> > F= mr * ( f1 * r*r * w*w * sin(alfa) )
> Wydaje mi się, że alfa jest wielkością dynamiczną,
> tj zależną od aktualnego położenia danej łopaty śmigła.
Wartość siły nośnej względem osi stożka łopat jest zawsze
praktycznie stała. Do zmiany osi stożka potrzebne są stosunkowo
niewielkie siły.
Dla nieruchomego (względem powietrza) śmigłowca kąt nachylenia
nachylenia względem powietrza jest stały.
W ruchu względem powietrza kąt zmienia się, ale siła nośna na całym
obwodzie jest praktycznie stała.
J.F.
> Nie rozumiem jeszcze jednej rzeczy z fizyki helikoptera. Tylne śmigło jest po
>to, aby tworzyć moment obrotowy (m.in. równoważący moment tworzony przez główne
>śmigło). Poza momementem, jest jednak generowana siła, która nadaje
>helikopterowi poziome przyśpieszenie (w prawo, lub w lewo, zależnie od kąta
>łopatek w śmigle i kierunku obracania się). Co równoważy tą siłę?
Na helikopter dziala tyle sil, ze to i tak zadanie pilota :-)
> Domyślam się, że płasczyzna górnego śmigła jest od początku trochę
>przechylona w bok.
Jak juz pisalismy - to sie osiaga nie type przechylajac smiglo, co
zmieniajac katy natarcia lopat w czasie obrotu.
> Problem w tym, że siła generowana przez główne śmigło zależy od kąta
>nachylenia łopatek. A więc jeśli chcę się wznieść do góry - przechylę mocniej
>łopatki i siła się zwiększy - uzyskam przyśpieszenie pionowe.
No i tu pytanie czy on to reguluje lopatkami czy obrotami.
> Jak to jest rozwiązane? Czy górne śmigło przechyla się w zależności od kąta
>łopatek? Oczywiście pilot może nim sterować, ale to by oznaczało, że przy
>każdym zwiększaniu/zmniejszaniu wysokości musi też dostosowywać kąt nachylenia
>górnego śmigła, by nie polecieć w bok...
I tak zawieje wiaterek - pilot ma tam sporo roboty :-)
>Aha, jeszcze moje aktualne wzory dla śmigieł:
>mr - macierz obrotu płaszczyzny śmigła
>r - promień śmigła
>w - prędkość kątowa śmigła
>alfa - kąt nachylenia łopatek
>f1 - parametr dla siły (siła generowana przez tłoczenie powietrza)
>m1 - parametr dla momentu (moment generowany przez obracanie się śmigła)
>p - pozycja środka śmigła względem środka masy helikoptera
>F - siła
>M - moment
>
>F= mr * ( f1 * r*r * w*w * sin(alfa) )
>M= m1 * w*w + (p x F)
Ale chyba zapomniales o momencie [momentach] pochodzacych od obrotu
smigiel. Takze ten sin(alfa) jest sporym uproszczeniem -
poszukaj gdzies "biegunowa skrzydla".
J.
Mattyjas
>
> No i tu pytanie czy on to reguluje lopatkami czy obrotami.
AFAIK pilot stara sie utrzymać obroty na tym samamy poziomie, reguluje sie
katem natarcia łopat
>> Jak to jest rozwiązane? Czy górne śmigło przechyla się w zależności od
>> kąta
>>łopatek? Oczywiście pilot może nim sterować, ale to by oznaczało, że przy
>>każdym zwiększaniu/zmniejszaniu wysokości musi też dostosowywać kąt
>>nachylenia górnego śmigła, by nie polecieć w bok..
> I tak zawieje wiaterek - pilot ma tam sporo roboty :-)
nie wiem jak ma sie sprawa w nowszych konstrukcjach, ale w starszych pilot
musiał ręcznie ( a raczej nożnie orczykiem ) korygować np. zwiekszenie
momentu obrotowego przy wznoszeniu
>>Aha, jeszcze moje aktualne wzory dla śmigieł:
>>mr - macierz obrotu płaszczyzny śmigła
>>r - promień śmigła
>>w - prędkość kątowa śmigła
>>alfa - kąt nachylenia łopatek
>>f1 - parametr dla siły (siła generowana przez tłoczenie powietrza)
>>m1 - parametr dla momentu (moment generowany przez obracanie się śmigła)
>>p - pozycja środka śmigła względem środka masy helikoptera
>>F - siła
>>M - moment
>>
>>F= mr * ( f1 * r*r * w*w * sin(alfa) )
> Ale chyba zapomniales o momencie [momentach] pochodzacych od obrotu
> smigiel. Takze ten sin(alfa) jest sporym uproszczeniem -
> poszukaj gdzies "biegunowa skrzydla".
chyba znalazlem cos odpowiedniego:
http://airserwis.republika.pl/helikopter.html
pozdrawiam
--
-= Mattyjas =-
L.R.U. #195801
"Wszystko przebiega zgodnie z moim planem...
...jestem bezwzględnie inteligentny..."
Jerzy Koperski
Sent: Tuesday, April 30, 2002 12:51 AM
> chyba znalazlem cos odpowiedniego:
>
>
> http://airserwis.republika.pl/helikopter.html
Jest to uproszczony model - stały kąt łopat.
J.K.
--
Tego nie znajdziesz w żadnym sklepie!
[ http://oferty.onet.pl ]
Jacek Popławski
>>F= mr * ( f1 * r*r * w*w * sin(alfa) )
>>M= m1 * w*w + (p x F)
>
> Ale chyba zapomniales o momencie [momentach] pochodzacych od obrotu
> smigiel.
No dałem przecież m1 * w*w, czyli jakiś parametr razy kwadrat prędkości
kątowej. Czy to nie jest taka zależność?
> Takze ten sin(alfa) jest sporym uproszczeniem
OK, jeśli dobrze rozumiem:
- mamy określone alfa1, alfa2, alfa3, alfa4 w poszczególnych punktach na okręgu
(np. na górze, po prawej, na dole, po lewej - patrząc na helikopter z góry),
pilot ustawia kąt "średni", oraz dodatkowo może przechylić dźwignię w
lewo/prawo lub górę/dół i zmienić poszczególne kąty
- pomiędzy tymi punktami kąt jest interpolowany lionowo, np. z alfa1 do alfa2
- aby wyliczyć siłę i moment - wyliczam całkę oznaczoną, od miejsca z którego
startuje śmigła, do miejsca w którym znajdzie się po czasie t
Oczywiście problemem będzie znalezienie odpowiednich funkcji (i całek), ale na
razie mi powiedz co namieszałem :-)
Jacek Popławski
> http://airserwis.republika.pl/helikopter.html
Wielkie dzięki! Widziałem to już na stronie WWW, ale było niekompletne. Czy AGH
wydało może jakąś książeczkę o fizyce helikopterów? Jak do tej pory udało mi
się kupić jedynie "Identyfikacja modeli dynamiki ruchu sterowanych obiektów
latających", jest tam jednak zbyt ogólny opis (mam wrażenie, że największy
nacisk położono na przechodzenie pomiędzy różnymi układami współrzędnych...).
J.F.
>my newsreader told me, that J.F. wrote:
>>>F= mr * ( f1 * r*r * w*w * sin(alfa) )
>>>M= m1 * w*w + (p x F)
>>
>> Ale chyba zapomniales o momencie [momentach] pochodzacych od obrotu
>> smigiel.
>
>No dałem przecież m1 * w*w, czyli jakiś parametr razy kwadrat prędkości
>kątowej. Czy to nie jest taka zależność?
To jest moment pochodzacy od _ciagu_ smigla, czyli sily F.
A oprocz tego samo obracanie smigla wymaga doprowadzenia momentu.
Ten moment wirnika glownego rownowazy wirnik pomocniczy.
>> Takze ten sin(alfa) jest sporym uproszczeniem
>OK, jeśli dobrze rozumiem:
>- mamy określone alfa1, alfa2, alfa3, alfa4 w poszczególnych punktach na okręgu
> (np. na górze, po prawej, na dole, po lewej - patrząc na helikopter z góry),
> pilot ustawia kąt "średni", oraz dodatkowo może przechylić dźwignię w
> lewo/prawo lub górę/dół i zmienić poszczególne kąty
>- pomiędzy tymi punktami kąt jest interpolowany lionowo, np. z alfa1 do alfa2
Niestety - sinusowo :-(
Takie pogladowe rozwiazanie - mamy tarcze wokol osi wirnika. Tarcze
mozemy podnosic i opuszczac, oraz przechylac na boki [tzn lewo-prawo i
przod-tyl] sterami smiglowca. Od tarczy mamy wodziki polaczone z
nastawa lopat wirnika. Lokalna wysokosc punktu na obwodzie decyduje
o nastawie kata.
>- aby wyliczyć siłę i moment - wyliczam całkę oznaczoną, od miejsca z którego
> startuje śmigła, do miejsca w którym znajdzie się po czasie t
>Oczywiście problemem będzie znalezienie odpowiednich funkcji (i całek), ale na
>razie mi powiedz co namieszałem :-)
Sile tak - ale w tym momencie pojawia sie kolejny moment - np prawa
polowa wirnika dmucha w dol mocniej niz lewa. Z sila tez nie jest tak
prosto - bo sila nosna lopaty nie zalezy od sin kata natarcia -
choc w pierwszym przyblizeniu mozesz tak przyjac. Natomiast opor
lopaty [w ruchu obrotowym] zalezy od kata natarcia - choc w pierwszym
przyblizeniu mozesz zalozyc ze jest stale.
J.
Jacek Popławski
>>>>F= mr * ( f1 * r*r * w*w * sin(alfa) )
>>>>M= m1 * w*w + (p x F)
>>>
>>> Ale chyba zapomniales o momencie [momentach] pochodzacych od obrotu
>>> smigiel.
>>
>>No dałem przecież m1 * w*w, czyli jakiś parametr razy kwadrat prędkości
>>kątowej. Czy to nie jest taka zależność?
>
> To jest moment pochodzacy od _ciagu_ smigla, czyli sily F.
Nie, moment siły F to jest (p x F).
> A oprocz tego samo obracanie smigla wymaga doprowadzenia momentu.
> Ten moment wirnika glownego rownowazy wirnik pomocniczy.
No i to określiłem właśnie jako m1 * w*w. Czy ten moment nie zwiększa się wraz
z kwadratem prędkości wirnika?
> Takie pogladowe rozwiazanie - mamy tarcze wokol osi wirnika. Tarcze
> mozemy podnosic i opuszczac, oraz przechylac na boki [tzn lewo-prawo i
> przod-tyl] sterami smiglowca. Od tarczy mamy wodziki polaczone z
> nastawa lopat wirnika. Lokalna wysokosc punktu na obwodzie decyduje
> o nastawie kata.
Uff... Teraz to brzmi logiczniej - nie trzeba interpolować i pamiętać 4
punktów. :)
> Sile tak - ale w tym momencie pojawia sie kolejny moment - np prawa
> polowa wirnika dmucha w dol mocniej niz lewa.
Nie jestem pewien jak obliczać ten moment, można przyjąć, że ramię siły jest na
końcu śmigła - i wyjdzie kolejna całka z funkcji ramię*siła.
> Z sila tez nie jest tak prosto - bo sila nosna lopaty nie zalezy od sin kata
> natarcia - choc w pierwszym przyblizeniu mozesz tak przyjac.
Chodzi ci o to, że nie jest to zależność liniowa, ani sinusowa, tak? W każdym
razie jest to jakaś funkcja kąta natarcia.
Dzięki za pomoc, każdego dnia widzę, że coraz więcej przede mną, ale też coraz
więcej rozumiem :-)
Mattyjas
> Dzięki za pomoc, każdego dnia widzę, że coraz więcej przede mną, ale też
> coraz więcej rozumiem :-)
>
to ja w takim razie dorzuce od siebie takie cos:
istnieje tez zaleznosc sily nosnej od predkosci helikoptera,
wynika to z czegos co zwie sie bodajze predkoscia translacyjna
ale dolarów przeciwko orzechom na to nie postawie
greetz
Mattyjas
> to ja w takim razie dorzuce od siebie takie cos:
> istnieje tez zaleznosc sily nosnej od predkosci helikoptera,
> wynika to z czegos co zwie sie bodajze predkoscia translacyjna
> ale dolarów przeciwko orzechom na to nie postawie
ehhh cykor ze mnie, moglem postawic :-)
http://www.helicoptersonly.com/Maneuvers/Helicopter_Translational_Lift
/helicopter_translational_lift.html
J.F.
>my newsreader told me, that J.F. wrote:
>>>>>M= m1 * w*w + (p x F)
>>>> Ale chyba zapomniales o momencie [momentach] pochodzacych od obrotu
>No i to określiłem właśnie jako m1 * w*w. Czy ten moment nie zwiększa się wraz
>z kwadratem prędkości wirnika?
No tak - jakos sie zasugerowalem tym p x F i nie zauwazylem wyraznego
+
>> Takie pogladowe rozwiazanie - mamy tarcze wokol osi wirnika. Tarcze
>> mozemy podnosic i opuszczac, oraz przechylac na boki [tzn lewo-prawo i
>> przod-tyl] sterami smiglowca. Od tarczy mamy wodziki polaczone z
>> nastawa lopat wirnika. Lokalna wysokosc punktu na obwodzie decyduje
>> o nastawie kata.
>Uff... Teraz to brzmi logiczniej - nie trzeba interpolować i pamiętać 4
>punktów. :)
No nie wiem - trzy musisz pamietac [trzy parametry zadane drazkami],
a interpolowac to musisz jak na moj gust kilkadziesiat - tak powiedzmy
co 10 stopni
>> Sile tak - ale w tym momencie pojawia sie kolejny moment - np prawa
>> polowa wirnika dmucha w dol mocniej niz lewa.
>Nie jestem pewien jak obliczać ten moment, można przyjąć, że ramię siły jest na
>końcu śmigła - i wyjdzie kolejna całka z funkcji ramię*siła.
Koniec lopaty to moze nie jest najlepszy wybor - podejrzewam ze
okolo 90% dlugosci bedzie odpowiednie. Im dalszy kawalek tym sie
szybciej porusza - w zasadzie mozna by przecalkowac po dlugosci
i wyliczyc punkt zastepczy przylozenia .. ale w sumie to tylko
kwestia dobrania parametru.
>> Z sila tez nie jest tak prosto - bo sila nosna lopaty nie zalezy od sin kata
>> natarcia - choc w pierwszym przyblizeniu mozesz tak przyjac.
>Chodzi ci o to, że nie jest to zależność liniowa, ani sinusowa, tak? W każdym
>razie jest to jakaś funkcja kąta natarcia.
Tak - jest to jakas funkcja. Niestety - trzeba brac dane empiryczne
jak sie chce dokladnie.
No i kolejna ciekawostka - faktycznie uwzglednic predkosc smiglowca -
tzn dodac do predkosci lopaty w danej chwili ..
J.
Jerzy Koperski
Sent: Tuesday, April 30, 2002 11:06 PM
> > Z sila tez nie jest tak prosto - bo sila nosna lopaty nie zalezy od sin kata
> > natarcia - choc w pierwszym przyblizeniu mozesz tak przyjac.
>
> Chodzi ci o to, że nie jest to zależność liniowa, ani sinusowa, tak? W każdym
> razie jest to jakaś funkcja kąta natarcia.
Siła nośna po obwodzie jest praktycznie stała.
Zmiana kąta natarcia potrzebna jest głównie dla wyrównania
siły nośnej związanej z różną prędkością łopaty względem powietrza.
Gdyby kąt był stały na całym obwodzie, to przy prędkości postępowej
nie można byłoby utrzymać pionowej pozycji