Tassadar
Редовен Потребител
За да станете хобист - РЦ пилот не е необходимо да знаете как точно и защо лети самолетът. За да станете добър РЦ пилот и конструктор на отлично летящи модели обаче, ще се наложи да навлезете в една или друга степен в тази сложна и все още не достатъчно изучена част от Механика на флуидите наречена Аеродинамика.Аеродинамиката е дисциплина която се занимава със законите движение на газовете, в частност атмосферния въздух, при взаимодействие с твърди тела. И понеже самолетът, истински или радиоуправляем, е по същество твърдо тяло движещо се във въздух, аеродинамиката е алфата и омегата на въздухоплаването.
Целта на тази тема е да даде на начинаещия авиомоделист съвсем базово и опростено разбиране за това как лети самолета, какви сили му въздействат в полет, как се прилагат органите за управление и да се запознае с основни понятия по темата.
От физиката знаем, че едно тяло е в покой или равномерно праволинейно движение когато резултантната от всички въздействащи му сили е равна на нула. Т.е. за да накараме камъка който хвърляме да стой във въздуха, трябва да уравновесим силата на притегляне която го кара да пада с друга сила, равна на притеглянето, но обратна по посока. Тази вълшебна сила ще наречем подемна сила. Няма проблем – слагаме ракетен двигател насочен надолу и готово. Става, ракетите се справят добре по този начин, но огромната енергия която им е нужна ги прави неефективни.
Природата ни е подсказала решението – птиците летят като размахват странни крайници наречени криле. Някой от тях правят преходи от хиляди километри само с енергията на няколко шепи храна. За съжаление крилата на птиците са ужасно сложни устройства и опитите на човека да ги наподоби (от векове насам) и да създаде подемна сила чрез размахване на крила за сега не се радват на особен практически успех (орнитоптери). Опитите продължават.
По някое време някой се е сетил, че подемна сила може да се създаде и чрез неподвижно крило със специален обтекаем профил (airfoil).

Има обаче един проблем – как да си обясним тогава как депронките (леки радиоуправляеми самолети от материала Депрон) с плоско крило все пак летят? Нали при обтичане на плосък профил няма да се получи разлика в скоростите на потоците защото отгоре и отдолу плоския профил е еднакъв? От там нямаме разлика в наляганията и от там нямаме подемна сила. От там пък депронките не би трябвало да летят. Но те пък напук летят. И според някой доста добре.
Принципът на Бернули е напълно валиден и работи при крилата с обтекаем профил. Всички съвременни самолети имат крила с някакъв обтекаем профил. Видовете профили днес са десетки, ако не и стотици. Всички имат различно приложение, предимства и недостатъци. За това в отделна тема. Но, разчитайки само на този принцип никой самолет не може да излети, да се придвижи от точка А до точка В и да кацне. За да се справим с тази задача трябва да се обърнем за помощ към сър Исак Нютон който между многото полезни неща които е измислил, в третия си закон е формулирал това което ни трябва: „Всяко действие има равно по големина и противоположно по посока противодействие“. За да сработи този закон в наша полза трябва да поставим крилото под лек наклон спрямо въздушния поток или т.н. ъгъл на атака (angle of attack, AoA). Така крилото ще отклони потока надолу и масата на отклонения поток ще предизвика сила равна по големина и обратна по посока, т.е. нагоре. Колкото по-голям ъгъл на атака прилагаме, толкова по-голямо отклонение на потока се получава и от там по-голяма реакционна сила. Ето пак получихме подемна сила и то по начин който ни позволява лесно да я регулираме само с промяна на ъгъла на атака. Та, така всъщност летят депронките.
Г-н Бернули и сър Нютон съвместно правят възможно произвеждането на достатъчно голяма подемна сила за да държи във въздуха дори огромни тежки самолети. Е, делът на принципа на Бернули в произвеждането на подемна сила е в пъти по-малък от делът на третия закон, но никой сериозен авиоконструктор не си позволява да го пренебрегне.
Имам ясното съзнание, че и до днес продължават споровете между големи капацитети в науката за това как всъщност се получава подемната сила. Намесени са защитници на Бернули, на Нютон ( на третия му закон, други на втория закон), на термодинамиката и какво ли още не. Истината тепърва трябва да се изяснява. Важното обаче е, че прилагайки принципа на Бернули и третия закон на Нютон няма да се подведете при пилотирането и конструирането на авиомодели. (поне при дозвукови скорости
).
След толкова приказки май забравихме какво беше условието за добиване на подемна сила независимо от принципите за получаването и. Това беше наличието на въздушен поток с някаква скорост през крилото. А как да осигурим този поток? Или трябва да движим въздуха през крилото или да движим крилото през въздуха. Ако има достатъчно вятър – добре. Ами ако няма? Общо взето има два начина – чрез използването на потенциалната енергия на самолета както е при планерите или с помощта на устройство за създаване на тяга или движеща сила, да речем витлов мотор. При планерите движението напред е под въздействието на гравитацията за сметка на низходящо движение. Същото е като спускането на изключен от скорост автомобил надолу по склона. Иначе казано - превръщането на потенциалната енергия в кинетична. При моторно задвижваните модели, пак влиза в действие третия закон. Ускорява се въздушен поток назад чиято реакция създава сила напред пропорционална на масата и скоростта на потока. Ето ни и тягата. Има два основни начина за създаване на тяга – чрез въртящо се витло и чрез реактивна струя. Има много вариации на двата начина, както и комбинация от тях. Витлото представлява крило от две (или дори една) или повече части (лопати) които обаче се въртят. И тук Бернули и най-вече Нютон осигуряват тягата. При реактивните двигатели, струята се ускорява чрез промяна на температурата на въздуха – силно нагряване- в камера, повишава се налягането и се формира поток с висока скорост назад през специално сопло. Тук пак третият закон върши работата.

Ето имаме си вече тяга, която ни позволява да създадем подемна сила и самолетът май е готов да полети. Общо взето –да. Има обаче още някой досадни подробности. Тъй като нищо в природата не идва даром, същият този въздух от който искаме да вдига самолета, създава триене в крилата и корпуса и това триене въздейства като сила насочена назад. Наричаме я профилно съпротивление и зависи от формата и повърхността на аероплана. За да бъдат нещата още по-забавни при създаване на подемна сила се създава и допълнително особено съпротивление. Нарича се индуцирано съпротивление и е „наказание“ за извзетата от въздуха енергия под формата на подемна сила. Тези съпротивления в комбинация на още няколко по-специфични, но не толкова значими съпротивления формират челното съпротивление. Това е силата която пречи на самолета да лети, затова конструкторите полагат максимални усилия за намаляването и. Такива усилия трябва да полага и пилота, тъй като той с действията или бездействията си в полет също може да причини допълнително челно съпротивление. Е, понякога повишеното челното съпротивление е желано при някой типове самолети за постигане на конкретни полетни качества – например при акробатите.
Ето че криво-ляво добихме представа за основните сили който въздействат на самолета в полет. Да ги обобщим: тяга (thrust), челно съпротивление (drag), подемна сила(lift) и тегло (weight). Да си припомним и посоките в които действат:
Така, както споменах, за да се движи самолета равномерно и праволинейно е необходимо векторната сума на всички сили да е нула. Значи тягата трябва е равна на челното съпротивление и подемната сила да е равна на теглото на самолета. Да, но вероятно ще искаме да ускоряваме, да забавяме, да се издигаме и да се снижаваме. А защо не и да завиваме? Значи трябва да измислим начин да променяме съотношението на тези основни сили за да променяме и направлението на движение. Няма лесен начин за промяна на теглото и основната част от челното съпротивление. Остава да измислим как да променяме тягата и подемната сила. Това поне е лесно. Тягата изменяме с промяна на мощността на мотора. Подемната сила изменяме чрез промяна на ъгъла на атака. Изменение на положението на самолета в пространството става чрез органите за управление които ще разгледаме по-долу.
През дългогодишната еволюция на авиостроенето се е оформила стандартна схема за построяването на самолет със следните основни компоненти:
Тяло, фюзелаж(fuselage) – служи за вместване на оборудване, полезен товар и пилот(и) и какво ли още не.
Крила (wings): за създаване на подемната сила
Вертикален стабилизатор (Vertical stabilizer): Малко крило в задната част на тялото, поставено вертикално. Служи за стабилизиране на самолета по направление/вертикалната ос Z/.
Хоризнотален стабилизатор(Horizontal stabilizer): Малко крило в задната част на тялото, поставено хоризонтално. Служи за стабилизиране на самолета по височина или /напречната ос Y/.
Вертикално кормило(Ruder): Отклоняема чрез маханизъм повърхност, част от вертикалния стабилизатор. Чрез отклонение в една или друга посока създава момент на завъртане на самолета по направление /вертикалната ос Z/ (yaw, курс).
Хоризонтално кормило(Elevator): Отклоняема чрез маханизъм повърхност, част отхоризонталния стабилизатор. Чрез отклонение в една или друга посока създава момент на завъртане на самолета по вертикала /напречна ос Y/ (pitch, тангаж).
Елерони(Ailerons): Отклоняема чрез маханизъм повърхност, част открилата, по една на всяко полукрило. Отклоняват се синхронно в различни посоки. Създават завъртане на самолета по крен/надлъжна ос X/(roll, крен)
Тяга(Throttle): лост за изменение на тягата на мотора.
И така, чрез умело боравене с органите за управление, успешно можем да управляваме самолет във въздуха. Има нещо изключително важно, което не е видно от казаното по-горе. То е предмет на следваща тема, но трябва да се спомене сега.
Подемната сила зависи от коефициента на подемна сила на крилото, площта на крилото, плътността на въздуха и скоростта на квадрат! Коефициентът на подемната сила е произведение от много параметри, като най-важните са вече познатите ни – профил на крилото и ъгъл на атака. От всички тези параметри, в полет ние можем да влияем само на ъгъла на атака и на скоростта. Увеличаваме скоростта – увеличаваме подемната сила, увеличаваме ъгъла на атака – увеличаваме подемната сила. Има една много неприятна подробност обаче – увеличаването на ъгъла на атака увеличава подемната сила само в определени тесни граници. От 0 до около 15-20 градуса. След този ъгъл, наречен критичен ъгъл на атака (stall angle), коефициентът на подемната сила започва рязко да спада, а челното съпротивление продължава да се увеличава. Самолетът започва да губи скорост и височина. Самолетът изпада в срив (stall). Ако пилотът не предприеме действия да овладяването му чрез намаляване на ъгъла на атака и увеличаване на скоростта, следва твърда среща със земята и катастрофа!Критичният ъгъл на атака няма да се превиши, ако не правим резки манаври и имаме достатъчна скорост!
Има модели самолети които летят предимно в режим на срив – т.н. 3D самолети. Имат тяга по-голяма от теглото им и мощни управляващи повърхности. Трябва да сте напреднал пилот за да се забавлявате с тях. Пък и 3D самолетите всъщност са нещо средно между самолет и управляема ракета.
Понеже това е форум за радиоуправляеми(Radio-controlled, RC, РЦ) модели, ще дам малко практическа информация. При РЦ авимоделите обикновенно се използва дистанционно управление от подобен тип:
Основните органи за управление са изнесени да две лостчета, чрез накланянето на които пропорционално се отклоняват и управляващите повърности на авиомодела. По нашите ширини използваме предимно подредба от тип MODE 2 със следните назначения:
Ляво лостче:
- Нагоре: увеличаване на тягата
- Надолу: намаляване на тягата
- Наляво: вертикално кормило наляво, завой наляво
- Надясно: вертикално кормило надясно, завой надясно
Дясно лостче:
- Нагоре: хоризонтално кормило надолу, спускане надолу
- Надолу: хоризонтално кормило нагоре, издигане нагоре
- Наляво: ляв елерон нагоре, десен елерон надолу; наклоняване наляво
- Надясно: десен елерон нагоре, ляв елерон надолу; наклоняване надясно
===================================================
За сега толкова, че стана късно.
Целта на тази тема е да даде на начинаещия авиомоделист съвсем базово и опростено разбиране за това как лети самолета, какви сили му въздействат в полет, как се прилагат органите за управление и да се запознае с основни понятия по темата.
***
Ако хвърлите камък, той ще падне. Ако го пуснете във вода, той ще потъне. Така е защото камъкът е по-тежък и от въздуха и от водата. За да плува той трябва да е по-лек от флуида в който е поставен. Вярно е, че хилядотонни метални кораби плуват в океана и огромни въздушни балони се носят от самосебе си във въздуха. Те всъщност са по-леки от флуида за съответния им обем и имат т.н. плавателност. За да може 300 тонно чудовище като Boeing 747 да лети обаче, трябва да впрегнем подходящо четирите основни сили в аеродинамиката: тяга (thrust), челно съпротивление (drag), подемна сила(lift) и тегло (weight).
От физиката знаем, че едно тяло е в покой или равномерно праволинейно движение когато резултантната от всички въздействащи му сили е равна на нула. Т.е. за да накараме камъка който хвърляме да стой във въздуха, трябва да уравновесим силата на притегляне която го кара да пада с друга сила, равна на притеглянето, но обратна по посока. Тази вълшебна сила ще наречем подемна сила. Няма проблем – слагаме ракетен двигател насочен надолу и готово. Става, ракетите се справят добре по този начин, но огромната енергия която им е нужна ги прави неефективни.
Природата ни е подсказала решението – птиците летят като размахват странни крайници наречени криле. Някой от тях правят преходи от хиляди километри само с енергията на няколко шепи храна. За съжаление крилата на птиците са ужасно сложни устройства и опитите на човека да ги наподоби (от векове насам) и да създаде подемна сила чрез размахване на крила за сега не се радват на особен практически успех (орнитоптери). Опитите продължават.
По някое време някой се е сетил, че подемна сила може да се създаде и чрез неподвижно крило със специален обтекаем профил (airfoil).
За да работи, трябва да осигурим непрекъснат поток от въздух с някаква подходяща скорост през напречното сечение на крилото. В основното училище ни учеха, че крилото създава подемна сила благодарение на принципа на Бернули според които увеличаването на скоростта на флуида е съпроводено с понижаване на налягането му. Така при обтичането на профил подобен на този от картинката по-долу, потокът над крилото придобива по-висока скорост в сравнение с този под крилото. Това създава по-ниско налягане над крилото сравнено с налягането под крилото и разликата между тях поражда сила действаща нагоре или толкова жадуваната подемна сила! Яко ,а?
Има обаче един проблем – как да си обясним тогава как депронките (леки радиоуправляеми самолети от материала Депрон) с плоско крило все пак летят? Нали при обтичане на плосък профил няма да се получи разлика в скоростите на потоците защото отгоре и отдолу плоския профил е еднакъв? От там нямаме разлика в наляганията и от там нямаме подемна сила. От там пък депронките не би трябвало да летят. Но те пък напук летят. И според някой доста добре.
Принципът на Бернули е напълно валиден и работи при крилата с обтекаем профил. Всички съвременни самолети имат крила с някакъв обтекаем профил. Видовете профили днес са десетки, ако не и стотици. Всички имат различно приложение, предимства и недостатъци. За това в отделна тема. Но, разчитайки само на този принцип никой самолет не може да излети, да се придвижи от точка А до точка В и да кацне. За да се справим с тази задача трябва да се обърнем за помощ към сър Исак Нютон който между многото полезни неща които е измислил, в третия си закон е формулирал това което ни трябва: „Всяко действие има равно по големина и противоположно по посока противодействие“. За да сработи този закон в наша полза трябва да поставим крилото под лек наклон спрямо въздушния поток или т.н. ъгъл на атака (angle of attack, AoA). Така крилото ще отклони потока надолу и масата на отклонения поток ще предизвика сила равна по големина и обратна по посока, т.е. нагоре. Колкото по-голям ъгъл на атака прилагаме, толкова по-голямо отклонение на потока се получава и от там по-голяма реакционна сила. Ето пак получихме подемна сила и то по начин който ни позволява лесно да я регулираме само с промяна на ъгъла на атака. Та, така всъщност летят депронките.
Г-н Бернули и сър Нютон съвместно правят възможно произвеждането на достатъчно голяма подемна сила за да държи във въздуха дори огромни тежки самолети. Е, делът на принципа на Бернули в произвеждането на подемна сила е в пъти по-малък от делът на третия закон, но никой сериозен авиоконструктор не си позволява да го пренебрегне.
Имам ясното съзнание, че и до днес продължават споровете между големи капацитети в науката за това как всъщност се получава подемната сила. Намесени са защитници на Бернули, на Нютон ( на третия му закон, други на втория закон), на термодинамиката и какво ли още не. Истината тепърва трябва да се изяснява. Важното обаче е, че прилагайки принципа на Бернули и третия закон на Нютон няма да се подведете при пилотирането и конструирането на авиомодели. (поне при дозвукови скорости
След толкова приказки май забравихме какво беше условието за добиване на подемна сила независимо от принципите за получаването и. Това беше наличието на въздушен поток с някаква скорост през крилото. А как да осигурим този поток? Или трябва да движим въздуха през крилото или да движим крилото през въздуха. Ако има достатъчно вятър – добре. Ами ако няма? Общо взето има два начина – чрез използването на потенциалната енергия на самолета както е при планерите или с помощта на устройство за създаване на тяга или движеща сила, да речем витлов мотор. При планерите движението напред е под въздействието на гравитацията за сметка на низходящо движение. Същото е като спускането на изключен от скорост автомобил надолу по склона. Иначе казано - превръщането на потенциалната енергия в кинетична. При моторно задвижваните модели, пак влиза в действие третия закон. Ускорява се въздушен поток назад чиято реакция създава сила напред пропорционална на масата и скоростта на потока. Ето ни и тягата. Има два основни начина за създаване на тяга – чрез въртящо се витло и чрез реактивна струя. Има много вариации на двата начина, както и комбинация от тях. Витлото представлява крило от две (или дори една) или повече части (лопати) които обаче се въртят. И тук Бернули и най-вече Нютон осигуряват тягата. При реактивните двигатели, струята се ускорява чрез промяна на температурата на въздуха – силно нагряване- в камера, повишава се налягането и се формира поток с висока скорост назад през специално сопло. Тук пак третият закон върши работата.


Ето имаме си вече тяга, която ни позволява да създадем подемна сила и самолетът май е готов да полети. Общо взето –да. Има обаче още някой досадни подробности. Тъй като нищо в природата не идва даром, същият този въздух от който искаме да вдига самолета, създава триене в крилата и корпуса и това триене въздейства като сила насочена назад. Наричаме я профилно съпротивление и зависи от формата и повърхността на аероплана. За да бъдат нещата още по-забавни при създаване на подемна сила се създава и допълнително особено съпротивление. Нарича се индуцирано съпротивление и е „наказание“ за извзетата от въздуха енергия под формата на подемна сила. Тези съпротивления в комбинация на още няколко по-специфични, но не толкова значими съпротивления формират челното съпротивление. Това е силата която пречи на самолета да лети, затова конструкторите полагат максимални усилия за намаляването и. Такива усилия трябва да полага и пилота, тъй като той с действията или бездействията си в полет също може да причини допълнително челно съпротивление. Е, понякога повишеното челното съпротивление е желано при някой типове самолети за постигане на конкретни полетни качества – например при акробатите.
Ето че криво-ляво добихме представа за основните сили който въздействат на самолета в полет. Да ги обобщим: тяга (thrust), челно съпротивление (drag), подемна сила(lift) и тегло (weight). Да си припомним и посоките в които действат:
Така, както споменах, за да се движи самолета равномерно и праволинейно е необходимо векторната сума на всички сили да е нула. Значи тягата трябва е равна на челното съпротивление и подемната сила да е равна на теглото на самолета. Да, но вероятно ще искаме да ускоряваме, да забавяме, да се издигаме и да се снижаваме. А защо не и да завиваме? Значи трябва да измислим начин да променяме съотношението на тези основни сили за да променяме и направлението на движение. Няма лесен начин за промяна на теглото и основната част от челното съпротивление. Остава да измислим как да променяме тягата и подемната сила. Това поне е лесно. Тягата изменяме с промяна на мощността на мотора. Подемната сила изменяме чрез промяна на ъгъла на атака. Изменение на положението на самолета в пространството става чрез органите за управление които ще разгледаме по-долу.
През дългогодишната еволюция на авиостроенето се е оформила стандартна схема за построяването на самолет със следните основни компоненти:
Тяло, фюзелаж(fuselage) – служи за вместване на оборудване, полезен товар и пилот(и) и какво ли още не.
Крила (wings): за създаване на подемната сила
Вертикален стабилизатор (Vertical stabilizer): Малко крило в задната част на тялото, поставено вертикално. Служи за стабилизиране на самолета по направление/вертикалната ос Z/.
Хоризнотален стабилизатор(Horizontal stabilizer): Малко крило в задната част на тялото, поставено хоризонтално. Служи за стабилизиране на самолета по височина или /напречната ос Y/.
Вертикално кормило(Ruder): Отклоняема чрез маханизъм повърхност, част от вертикалния стабилизатор. Чрез отклонение в една или друга посока създава момент на завъртане на самолета по направление /вертикалната ос Z/ (yaw, курс).
Хоризонтално кормило(Elevator): Отклоняема чрез маханизъм повърхност, част отхоризонталния стабилизатор. Чрез отклонение в една или друга посока създава момент на завъртане на самолета по вертикала /напречна ос Y/ (pitch, тангаж).
Елерони(Ailerons): Отклоняема чрез маханизъм повърхност, част открилата, по една на всяко полукрило. Отклоняват се синхронно в различни посоки. Създават завъртане на самолета по крен/надлъжна ос X/(roll, крен)
Тяга(Throttle): лост за изменение на тягата на мотора.
И така, чрез умело боравене с органите за управление, успешно можем да управляваме самолет във въздуха. Има нещо изключително важно, което не е видно от казаното по-горе. То е предмет на следваща тема, но трябва да се спомене сега.
Подемната сила зависи от коефициента на подемна сила на крилото, площта на крилото, плътността на въздуха и скоростта на квадрат! Коефициентът на подемната сила е произведение от много параметри, като най-важните са вече познатите ни – профил на крилото и ъгъл на атака. От всички тези параметри, в полет ние можем да влияем само на ъгъла на атака и на скоростта. Увеличаваме скоростта – увеличаваме подемната сила, увеличаваме ъгъла на атака – увеличаваме подемната сила. Има една много неприятна подробност обаче – увеличаването на ъгъла на атака увеличава подемната сила само в определени тесни граници. От 0 до около 15-20 градуса. След този ъгъл, наречен критичен ъгъл на атака (stall angle), коефициентът на подемната сила започва рязко да спада, а челното съпротивление продължава да се увеличава. Самолетът започва да губи скорост и височина. Самолетът изпада в срив (stall). Ако пилотът не предприеме действия да овладяването му чрез намаляване на ъгъла на атака и увеличаване на скоростта, следва твърда среща със земята и катастрофа!Критичният ъгъл на атака няма да се превиши, ако не правим резки манаври и имаме достатъчна скорост!
Затова не забравяйте:
„Maintain Thy Airspeed, Lest The Ground Rise Up And Smite Thee!“,
„Поддържайте скоростта, да не би земята да се издигне и да ви блъсне!“
„Maintain Thy Airspeed, Lest The Ground Rise Up And Smite Thee!“,
„Поддържайте скоростта, да не би земята да се издигне и да ви блъсне!“
Има модели самолети които летят предимно в режим на срив – т.н. 3D самолети. Имат тяга по-голяма от теглото им и мощни управляващи повърхности. Трябва да сте напреднал пилот за да се забавлявате с тях. Пък и 3D самолетите всъщност са нещо средно между самолет и управляема ракета.
Понеже това е форум за радиоуправляеми(Radio-controlled, RC, РЦ) модели, ще дам малко практическа информация. При РЦ авимоделите обикновенно се използва дистанционно управление от подобен тип:
Основните органи за управление са изнесени да две лостчета, чрез накланянето на които пропорционално се отклоняват и управляващите повърности на авиомодела. По нашите ширини използваме предимно подредба от тип MODE 2 със следните назначения:
Ляво лостче:
- Нагоре: увеличаване на тягата
- Надолу: намаляване на тягата
- Наляво: вертикално кормило наляво, завой наляво
- Надясно: вертикално кормило надясно, завой надясно
Дясно лостче:
- Нагоре: хоризонтално кормило надолу, спускане надолу
- Надолу: хоризонтално кормило нагоре, издигане нагоре
- Наляво: ляв елерон нагоре, десен елерон надолу; наклоняване наляво
- Надясно: десен елерон нагоре, ляв елерон надолу; наклоняване надясно
===================================================
За сега толкова, че стана късно.
Последна промяна: