X
تبلیغات
عشق پرواز

عشق پرواز
 
قالب وبلاگ
آخرين مطالب

 

بگذار که بر شاخه این صبح دلاویز

بنشینم و از عشق سرودی بسرایم

آنگاه به صد شوق چو مرغان سبکبال

پر گیرم ازین بام و به سوی تو بیایم



[ شنبه بیست و یکم مرداد 1391 ] [ 19:50 ] [ hamid ]

فن


[ پنجشنبه سی ام آذر 1391 ] [ 11:56 ] [ hamid ]

Modelo Real

[ سه شنبه چهارم مهر 1391 ] [ 17:34 ] [ hamid ]
[ سه شنبه چهارم مهر 1391 ] [ 16:54 ] [ hamid ]

پارامترهای مهم بال:

مساحت بال (S): طراحان هواپيما معمولا ، قبل از طراحي بال و مشخص كردن پارامترهاي بال، مساحت مرجع بال رو بدست ميارند.

ايرفويل (مقطع بال): همانطور كه گفته شد انتخاب ايرفويل مناسب يكي از مهمترين فرايندهاي طراحي بال هواپيماست...ايرفويل رو هم ميشه طراحي كرد و هم انتخاب كرد. طراحي ايرفويل كار سختيه و شركت هاي بزرگ مثل بوئينگ و ايرباس معمولا براي خودشون ايرفويلهاي خاصي طراحي مي كنن. اما براي ما كه تواناييش رو نداريم بهتره كه از ميان انبوهي از  ايرفويلها، يكي رو انتخاب كنيم...خب شايد بپرسيد كه چه ايرفويلي براي بال مناسبه؟... بستگي به ماموريت و شرايط هواپيماتون داره.... مثلا اگه هواپيماتون براي سرعتهاي كم طراحي شده، بايد به دنبال ايرفويلهاي سرعت پايين (low speed airfoil) باشيد. يا اگه هدفتون بالا بودن ضريب برآ هست بايد به دنبال ايرفويل هاي high lift  باشيد و ...

 

دهانه بال (b-wing span): مسافت مستقيم بين دو نوك بال هواپيماست. اگه در هواپيماهاي مختلف دقت كرده باشيد هر چقدر كه هواپيما سريعتر حركت كنه، دهانه بالش كوچكتره و اين به كارايي بال در سرعت هاي مختلف مربوط ميشه.

نسبت منظري (AR-Aspect Ratio): اين پارامتر به طور ساده مقدار پهني و نازكي بال رو نشون ميده... يعني بال با نسبت منظري بالاتر لاغر تر و كشيده تره و با نسبت منظري پايين تر، پهن تر و كوتاه تره.

 مقدار نسبت منظري از رابطه زير بدست مياد:AR = wingspan2/wing area

 

نسبت مخروطي (Taper Ratio): نسبت وتر نوك بال به وتر ريشه بال هست. وجود اين پارامتر مي تونه كارايي بال رو افزايش بده.

 

زاويه عقبگرد يا جلو گرد (Sweep back or Sweep forward): وقتي به بال اين زاويه رو ميديم، باعث زيباييش ميشه... اما فقط زيبايي عامل به كارگيري اين زاويه نيست. Sweep ميتونه براي هواپيماهاي گذر صوتي يا نزديك صوت مفيد باشه. اگرچه در سرعت هاي پايين كارايي بال رو كاهش ميده.

پيچش (Twist): يك نوع از پيچش بال، اينه كه ايرفويل ها حول محور طولي بال (wing span) چرخش داشته باشند (مطابق شكل زير).به اين نوع پيچش، پيچش هندسي ميگن. اما نوع دوم پيچش به اين صورته كه نوع ايرفويل در جهت محور طولي بال تغيير كنه... مثلا در ريشه بال از ايرفويل ناكا 2414 استفاده باشه و در نوك بال از ايرفويل ناكا 0012 استفاده بشه... نوع دوم رو پيچش آيروديناميكي ميگن.

زاويه نصب بال (wing incidence): زاويه ايست كه وتر ريشه بال با محور طولي بدنه هواپيما پيدا مي كند. معمولا معيار تعيين اين زاويه، حالتي است كه هواپيما در حالت پرواز سير (cruise) باشد و بال بيشترين كارايي آيروديناميكي را داشته باشد.


برچسب‌ها: بال هواپیما
+ نوشته شده توسط هوافضایی ها در جمعه دهم شهریور 1391 و ساعت | 4 نظر

[ شنبه یکم مهر 1391 ] [ 19:9 ] [ hamid ]

پیش فرض توضيحاتي براي ساخت بال هواپيماي مدل!

من فكر مي كنم خيلي از دوستاني كه به ساخت هواپيماي مدل علاقه دارن از روش هاي ساخت بدنه و مخصوصا بال مدل از چوب بالسا آگاهي زيادي ندارن.البته من خودم هم ساخت مدل رو با يونوفوم (يونوليت) و بلوفوم شروع كردم.به اين علت كه كار با بالسا نياز به مهارت بيشتر و دقت بالاتري داره.به طوري كه اگر دقيق و اصولي ساخته نشه مدل شما اصلا قادر به پرواز نخواهد بود.براي همين تصميم گرفتم اينجا به يه سري موارد براي ساخت اصلي ترين قسنت مدل (بال AirFoil) اشاره كنم.در يكي از پست هاي بعدي هم نكاتي در مورد ساخت بال و بدنه از يونوليت و فوم براي دوستان مي نويسم.(البته اگر تمايل دارند)

اول از همه اينكه ايرفويل ها (سطح مقطع بال) به 3 دسته تقسيم ميشن:

.



.

ساخت بال مدل هم از برش زدن و جدا كردن همون قطعات(ايرفويل) كه در شكل هم مي بينيد شروع ميشه.اين قطعات از روي نقشه اي كه خود شما بايد بكشيد برش زده ميشه.(معمولا براي ساخت بال مدل از شكل Symmetrical airfoil استفاده ميشه.)در مدل هاي ساده اي مثل Cessna 172 قطر اين قطعات همه يك سايز هستند.(اما در 2 انتهاي بال اين هواپيما از طول اين قطعات كاسته ميشه)البته يكي بودن تمام اين قطعات براي پرواز مدل اشكالي ايجاد نمي كنه.و من توصيه مي كنم اگر براي اولين بار قصد ساخت بال رو داريد تمام اين قطعات رو مثل هم برش بزنيد و يك بال كاملا صاف و ساده در بياريد.

.



.

در مدل هاي بزرگ براي جلوگيري از سنگين شدن بال روي اين قطعات حفره هايي رو ايجاد ميكنن.(شكل پايين)اما در مدل هاي كوچك بخاطر ظرافت كار نميشه اين كارو كرد.(ضرورتي نداره!).

.



.

در ضمن براي اين قطعات از چوب بالسا با ضخامت 2 ميلي متر استفاده ميشه.از اين مرحله به بعد شكل ها كمك زيادي مي كنن...حالا نياز به بالسا هاي ميله اي شكل با ضخامت هاي مختلف داريد (ضخامت ها رو با توجه به نقشه اي كه تهيه كرديد تعيين كتيد)اول مطابق شكل پايين زير بال (قسمت جلو و عقب) رو بچسبونيد.بعد 2 چوب بالاي بال و نهايتا چوب قطور لبه حمله و بعد لبه فرار بال رو بچسبونيد.تا اينجاي كار :

.



.



.



.

حالا لازم هست لبه حمله بال رو فرم بديد تا با لبه حمله ايرفويل ها هم سطح بشه.اسكلت اصلي بال ساخته شد.

.



.

اگر در مدلتون فلپ (flap) به كار مي بريد لازم هست چهارخونه ي وسط بال رو به جاي سروو (servo) اختصاص بديد(كه فيكس كردن اون سليقه اي هست اگر نياز بود بگيد توضيح ميدم)

آخرين مرحله روكش كردن بال با روكش هاي مخصوص مدل هست كه مي تونيد از فروشگاه هايي كه لوازم مدل ميفروشن تهيه كنيد.

[ شنبه یکم مهر 1391 ] [ 19:7 ] [ hamid ]

پيش گفتار 

امروزه صنعت هواپيمايي به يك صنعت مهم در هركشوري تبديل شده كه بسيار حائز اهميت است طوري كه نمي توان آن را ناديده گرفت واز كنار آن به راحتي گذشت اين در خالي است كه لازمه ي استقلال سياسيو نظامي هركشوري داشتن استقلال در صنعت هواپيمائي است .

صنعت هواپيمائي با سرعت زياد رو به تكامل وپيشرفت است وهمه ي كشورهاي بزرگ صنعتي جهان پا به پاي اين تكنولوژي پيشرفت ميكنند . با توجه به اين كه لازمه ي استقلال هر كشوري مستقل بودن از هر حيث از جمله صنعت هواپيمائي است ما نيز بايد بدان توجه كنيم .

سالهاست كه از ورود اولين هواپيمابه ايران ميگذرد اما اينعلم هنوز آن طوركه شايسته است در ايران جانيافتاده وعموم مردو از كم وكيف اين قضيه بي اطلاعند . در حالي كه در ديگر كشورهاي جهان از جمله آمريكا ، ژاپن وكشورهاي اروپائي علوم مرتبط با هواپيما در مدارس عادي به همه ي بچه ها و به صورت اجباري آموزش داده ميشود، نوجوانان ايراني هنوز با اين علم آشنا نشده اند . ما در ايران راه زيادي تا پيشرفت داريم. نبود برنامه اي منظم وپيش بيني شده براي علم هواپيمائي در ايران باعث شده تا اين علم در ايران ساكن باقي بماند . البته چندي است كه حركتهائي انجام شده كه با اميد به خداي بزرگ ياري ومساعدت مسئولين پلكان ترقي را به سرعت طي كنيم و به جايي كه شايسته است برسيم .

صنعت هواپيمائي اغلب به دو بخش تقسيم ميشود:

1-   بخش نظامي

2-   بخش غير نظامي

 كه در بخش غير نظامي به شاخه هاي زير تقسيم ميشود:

1-   آموزش 2-تحقيق و توسعه3-ساخت وتوليد 4- عمليات 5-تعمير ونگهداري6-كنترل ونظارت به همراه برنامه ريزي

شاخه هاي عمليات وكنترل ، نظارت وبرنامه ريزي معمولاً اولين زمينه هاي سرمايه گذاري هر كشوري هستند . به عبارتي تقريباً هر كشوري داراي يك يا چند شركت هواپيميئي ويك سازمان هواپيمائي كشوري در كشور ما نيز سرمايه گذاريهائي در صنعت هواپيمادر اين زمينه واز حدود 40 سال پيش آغاز شده است . معمولاً پس از اين دو زمينه سرمايه گذاري روي تعمير ونگهداري وهمچنين آموزش پرسنل براي عمليات وتعميرات صورت ميگيرد نهايتاً معدودي از كشورها هستند كه نياز به تحقيق وتوسعه وساخت وتوليد را نيز احساس كرده ودر اين زمينه ها هم سرمايه گذاري كرده اند ( كه در كشور ما نيز در اين دو بخش از حدود 15 سال قبل سرمايه گذاري شده است) كه اگر اين سرمايه گذاري درست وحساب شده نباشد حتي بروز مشكلاتي را هم در پي خواهد داشت.

اولويت صنعت هوايي كشور ما شناخت نيازها ، تعيين اهداف وبرنامه ريزي براي رسيدن به اهداف وبيشترين سرمايه گذاري بايد در اين زمينه صورت گيرد

در اين ميان همزمان با ساخت هواپيماهاي بزرگ هواپيماهاي كوچك يا همان مدل نيز ساخته شدند وجايگاه ويژه اي در ميان علاقمندان به هواپيماهاي مدل پيدا كردند.

تاريخچه مدل در ايران:

با ورود اولين هواپيما به ايران در محل قلعه مرغي تهران صنعت هوائي و هوانوردي در ايران شكل گرفت بعد از حدود 25 سال كه از ورود هواپيما به ايران گذشت در كنار آن نيز اجسام پرنده كوچكي به نام مدل نيز به طور غير رسمي غير رسمي شكل گرفتند حدود سال 1342 شمسي با افتتاح اولين باشگاه مدل در ايران در خيابان انقلاب رسماً حضور اين وضعيت اعلام شد حدود 7 يا 8 نفر ماًمور شدند كه اين باشگاه را داير كنند كه عبارت بودند از آقايان :

رنو چارليان ، علي تفرشي ، توحيد ، موحد، مرحوم كيوان رضوي، شاپور ماشين چي، مهرداد هاتف ، تورج ضياء ونصر ا.. موسوي.

پس از مدتي محل باشگاه به خيابان پپسي كولا ي سابق منتقل شد .

بين سالهاي 1342 و 1357 كم كم  علاقمندان با آوردن راديو ، نقشه ولوازم از اروپا وآمريكا شخصاً مبادرت به ساخت وپرواز آن نمودند كه به راديو هاي تك كانال جيميني معروف بود.

چندي بعد باشگاه از محل پپسي كولا به مركز آموزش فنون هواپيمايي كشوريواقع در مهرآباد نقل مكان كرد ورسماً در اختيار هواپيمايي كشوري با كادري اداري قرار گرفت.

در سال 1355 باشگاه مدل تهران از طريق كنكور سراسري شانزده نفر دانشجو براي

مربيگري آموزش مدل پذيرفت كه بعدها اين افراد در شهرهاي رشت ، تبريز ، مشهد ، اصفهان وشيراز واهواز باشگاه مدل تأسييس كردند.

هواپيماهاي مدل تا اوايل سالهاي 1970 به عنوان بال مي شناختند ودر كتاب هواپيمايي جينز نيز از آنها با عنوان بال ياد ميشد ولي به مرور زمان به آنها هواپيماهاي مينياتوري وكنترل از راه دور لقب داده شد.

تاريخچه هواپيما

سالها طول كشيد تا انسان هاي اوليه بتوانند روي دو پاي خود راه بروند در اين هنگام انسان ها اولين مهارت هاي زندگي را آموختند .آنها با ديدن پرواز پرندگان به فكر فرو ميرفتند از همان موقع آرزوي پرواز در ذهن انسان شكل گرفت.

بشر اوليه به شكل هاي مختلف براي خود بال درست كرد . وخود را از بلندي براي  پرواز رها مي نمود ولي هميشه با شكست مواجه مي شد.

تمام ملت هاي گذشته دنيا از جمله ايرانيان ويونايان و... داراي داستا هاي اسطوره اي  از پرواز هستند كه معروفترين آنها مربوط به يونانيان است :

((ايكاروس  بالي موقت ساخت و با آن تا نزديك خورشيد پرواز كرد اما گرماي شديد خورشيد موم ها را ذوب كرد و ايكاروس سقوط كرد ومرد.))

ايرانيان نيز افسانه هايي اساطيري درباره پرواز دارند داستاني چون داستان كيكاووس شاه كه به دستور اوسبدي ساخته شدكه به آن چهار طناب وصل بود چهار پرنده قوث نيز به چهار سر طنابها بسته شده بود تا هنگام پرواز آنها ، سبد از روي زمين بلند شود.

در ايران حدود قرن اول ودوم شخصي به اسم ابن مقفع كه شيميدان بود وعلوم مربوط به گازها را مي دانست مطالعاتي در زمينه ي پرواز انجام داد و ماه نخشب را ساخت فرد ديگري بخ نام عباس بن فرناس كه يك ايراني مسلملن بود هم سعي در پرواز داشت . در فاصله بين قرنهاي 16 تا 17 دو نفر به فاصله تقريباً صد سال راجع به هوا مطالعاتي انجام دادند . اولي شخصي به نام لئوناردو الر بود كه بعضي قوانين هوا را نوشت چيزي كه او متوجه شد اين بود كه (( هر سيالي كه سرعت آن زياد شود ، فشارش كاهش مي يلبد)) سالها بعد شخصي به نام بر نولي هوا را از لوله هايي مخصوص به نام لوله هاي ونتوري ))با سرعت عبور داد ومتوجه شد زير آن خلاء ايجاد ميشود.

در اينجا مشاهده ميشود كه هوايي كه از داخل لوله رد مي شود چون سرعت زيادي دارد فشار مايع در آن كاهش پيدا مي كند .

در واقع برنولي والر  را مي توان پدران علم سيالات ناميد.

در فرانسه ودرزمان لوي شانزدهم دو برادر به نام مونگليفه كه شغل آنها كاغذ سازي بود ، زندگي ميكردند . آناه با تلاش بسيار توانستند يك بالن بسازند آنها داخل  بالن خود را موم اندود كردند وسبدي نيز به آن متصل نمودند آنها با استفاده از كاه دود درست كردند.

تا اينكه داخل بالن پر از دود شود . اولين پرواز بالن آنها توسط يك مرغ ، گربه وسگ انجام شد. اين دو برادر بعدها بازهم پروازهائي انجام دادند؛ آنها بالني بزرگتر وسبدي كه بنواتد انسان را حمل كند ساختند ودر باغ قصر پادشاه فرانسه مقدمات پرواز بعدي فراهم مي كردند آنها از پادشاه خواستند كه يك نفر از زندانيان محكوم به مرگ را به آنها بدهد تا پرواز بعدي انجام شود وپادشاه با اين خواسته آنها موافقت كرد . ولي در لحظات آخر نظر آنها عوض شد وتصميم گرفتند خود اين پرواز را انجام دهند . لذا در روز موعود آنهاسوار بر بالن خود از قصر پرواز كردند وبا طي كردن رودخانه سن در مزارع اطراف رودخانه سقوط كردند.. بعدها بالن هايي ساخته شد. كه با گاز هيدروژن پر ميشدند به دليل اينكه هيدروژن خيلي از هواي معمولي سبكتر است . اولين بار بالن هيدروژني در سال 1766 توسط كاومنديش ساخته شد. اما نكته قابل توجه اين است كه هيدروژن گاز مشتعل پذيري است . سالها بعد شخصي به نام اتو ليليان تال كه به پرواز علاقه داشت توانست كايت ( بال)‌را بسازد . او بعد از ساخت كايت متوجه نكته جالبي شد وآن اين بود كه فهميد نقطه اي در اين سازه وجود دارد كه اگر كايت را از آن نقطه به وسيله طناب به صورت معلق نگه داريم سازه به صورت كاملاً صاف وموازي با زمين قرارميگيرد. در واقع او نقطه صفر يا ثقل را در وسط بال ها يافت . جالب است بدانيم كه كايتي را كه او ساخته بود بسيار شبيه به كايتي است كه لئوناردو داوينچي طراحي كرده بود.

سالها بعد سر جرج كيلي مطالعاتي راجع به پرواز انجام داد او قوانين پرواز را كامل و همه چيز را مستند كرد. او اولين بار بالن سوسيس مانندي را با بال وسكان پيشنهاد كرد . سر جرج كيلي با مطالعاتي كه روي پرندگان داشت توانست شهپر را شناسايي كند .

درسال 1850 پير جولين با يك نوع سفينه هوايي كه با دستگاه ماشيني كار مي كردپرواز كرد . مدتها پروازهاي اين چنيني ادامه داشت تا اينكه دو برادر به نام برادران رايت كه حرفه شان دو چرخه سازي بود با تلاش زياد موتور را طراحي كردند هواپيماي آنها چيزي شبيه كانارد ( شبه بال) {كانارد به هواپيمائي گفته ميشود كه جاي بال ودم عوض شده باشد . دم، در جلوي كابين قرارداد وبال در انتهاي هواپيما است} هرچند كه اين دو برادر از كانارد بورن هواپيماهايشان اطلاعي نداشتند . آنها كمتر از يك دقيقه با هواپيماي خود پرواز كردند واين پرواز را به ثيت رساندند واين پرواز مبداء تاريخ هوانوردي با موتور است چندي بعد آنها ملخ را هم طراحي كردند وساختند.

از آن پس بود كه علم هواپيما بسيار پيشرفت كرد . بعدها هم سطوح فرامين كشف شد كه از اهميت بالائي در علوم هوانوردي برخوردار است.

اولين هواپيمائي كه وارد ايران شد برليوت نام داشت كه خلبان آن يك فرانسوي به نام لويز برليوت بود. هرچند كه او در مسير پرواز خود در ايران هم توقف كرد اما چون هيچ آثار ميتندي نداشت كمتر از آن سخني به ميان ميرود.

اولين خلبانان ايراني كلنل محمد تقي پسيان ونخجوان بودند د رحالي كه آقايان اشتود داخ وبامسيجزء اولين خلبانان رسمي ايران هستندكه مدرك خلباني دريافت كردند .

 بعد از برليوت هم زمان سه هواپيما از مسير باكو وارد ايران شدند ابتدا به تبريز رفتند كه يكي از هواپيماها همانجا خراب شد از دو هواپيما ي ديگر هم يكي درقزوين ماند وتنها يكي به تهران رسيد . آن زمان در ايران هنوز باندي براي فرود هواپيما وجود نداشت . بنابراين در محل قلعه مرغي باندي خاكي براي اين هواپيما ساختنداين رخدادها درسالهاي1917-1918 به وقوع پيوست . همزمان با اين هواپيماهاي مدل نيز در ايران وارد وساخته شدند.  

د ر زمان رضا خان  پنج نوع هواپيما د رايران با نامهاي : آرو ،قش ، قرقي، باز وشاهين ساخته ميشد كه حدود سال 1320 وتا چندي پس از آن ساخت هواپيما در ايران متوقف شد. زماني كه هواپيما وصنعت هوانوردي در ايران در ركود به سر مي برد اين صنعت در خارج ا ز ايران به سرعت پيشرفت كرد.

تقسيم بندي هواپيما

در اين قسمت ما به تقسيم بندي هواپيما مي پردازيم سپس هر يك را به صورت جدا مورد بررسي قرار ميدهيم . دانستن اطلاعاتي از اين دست براي كساني كه به ساخت هواپيماي مدل علاقمندند بسيار حائز اهميت است .

 هواپيما به 5 قسمت اصلي تقسيم ميشود:

1- بال    2- بدنه   3-چرخ    4- دم    5- موتور

1-بال: (( سطوحي كه به واسطه واكنش ديناميكي شان هواپيما را در هوا نگه ميدارد بال نام دارد ))

يكي از اصلي ترين اجزاي هواپيما بال است كه بسياري از خصوصيات هواپيما را تعيين مي كند. در اين قسمت به تشريح مقطع بال مي پردازيم.

به مقطع عرضي بال هواپيما AIR FOILميگويند در فارسي به آن دوكئاره يا ماهيواره هم ميگويند. وقتي ما بال هواپيما را از نيمرخ آن برش بزنيم شكلي ميبينيم كه بسيار شبيه به دوك است.

مقطع بال از دو قسمت اصلي تشكيل شده است.

لبه ي محله در قسمت جلو ( قسمت پهن تر) قسمت پشت لبه ي فرار ( قسمت نازك تر).

به حالت انحناي دوكواره قوس(CAMBER)ميگويند. هر چه اين انحنا بيشتر باشد برآ(نيروهايي كه باعث بالا رفتن هواپيما ميشود) بيشتر ميشود.

خطي كه به صورت كاملاً صاف از لبه ي حمله به سمت لبه ي فرار كشيده شده است وتر نام دارد.

قبلاً گفتيم كه هرچه انحنا بيشتر باشد برآ يا همان (LIFT)بيشتر ميشود اما به چه صورت؟

در اينجا با توجه به شكل بايددانست كه وقتي هوا به بال برخورد ميكند دو قسمت ميشود يعني قسمتي از بال وقسمتي از پائين دوكواره عبور ميكند . مولكولهاي هوايي كه از قسمت بالا عبور ميكنند چون داراي انحنا بيشتري از بال است ، مسافت بيشتري را نسبت به مولكولهايي كه از قسمت پائين انحنا عبور ميكنند دارد . بنابراين در قسمت بالا مولكولها سرعت بيشتر وفشار كمتر دارند در خالي كه مولكولهاي پائين كه مسافت كمتري را طي مي كنند سرعت كمتر وفشار بيشتري دارند پس مولكولهاي هوا از پايين به بال فشار آورده وباعث افزايش ارتفاع (برآ) مي شومد.مطلب ديگري كه بايد به آن توجه كنيم نقطه ي ثقل موجود روي AIR FOIL(دوكواره ) است . به شكل توجه كنيد:

دايره علامت زده شده:

روي اين دوكره نقطه ي ثقل آن را نشان مي دهد.

نقطه ثقل نقطه ايست كه اگر شي را از ان نقطه به حالت معلق نگه داريم شي بدون حركت وبه صورت موازي با سطح زمين مي ايستد . نقطه ي ثقل روي دوكواره نشان دهنده بيشترين ارتفاع از لبه ي حمل است.مركز ثقل را با علامت ((CG)) كه مخفف كلمه ي ((CENTERE OF GRAVAITY)) است نشان مي دهند. در هواپيما 3 نوع نقطه ثقل

داريم:

1-   نقطه ثقل زميني(حجمي وزني)

2-   نقطه ثقل آيرو ديناميكي(فشار)

3-   نقطه فشار

نكته ديگري كه در مورد بال در هواپيماهاي بزرگ به چشم ميخورد اين است كه هوا بعد از عبور از ___از سطح بال كم كم به حالت مغشوش در مي آيد.

 براي پيشگيري از اين حالت در بال برشهايي ايجاد ميكنند.

تقسيم بندي انواع AIR FOIL( دوكواره)

1-   دوكواره هاي زير تخت.CHARCKYS

در اين نوع دوكواره وتر وقوس پائين

هر دو روي  هم منطبق هستند. در اين نوع AIR FOILخاصيتي كه وجود دارد اين است كه با افزايش موتور سرعت هواپيما بيشتر به سمت بالا ميرود تا جلو در واقع

ايجاد برآ (LIFT)مي كند . اين نوع دوكواره د رهواپيماهايي مثل پايپر وسسنا به كار ميرود. كه از حجم هواپيماهاي آموزشي هستند.

2-دوكواره هاي نيمه قرينه SEMISEMETRICAL

اين نوع دوكواره ها در قسمت پائين قوس كمتري نسبت به دوكواره هاي قرينه دارند ومثل حالت اول كاملاً صاف نسيتند.

اين نوع دوكواره ها در هواپيماهايي مثل هواپيماهايي مثل هواپيمايي مسافربري استفاده ميشود كه احتياج به (LIFT)(برآ) ي كمتري دارند اير باس هم جزء اين دسته از هواپيماهاست.

3-دوكواره هاي قرينه SEMETRICAL

در اين نوع AIR FOILقوس بالا وپائين با هم برابر است. اين نوعAIR FOILمعمولاً در جنگنده ها استفاده ميشود .

جنگنده ها معمولاً بيشتر از بالا رفتن به طرف جلو حركت كردن اهميت ميدهند . اين نوع دوكواره اين امكان را فراهم مي كند كه  (LIFT)يا برآي كمتري توليد شود.

-نيروهاي وارد شده بر بال:

از جمله مهترين نيروهايي كه به بال وارد ميشود همان طور كه قبلاً به آن اشاره شد نيرويي است به نام برآ (LIFT)كه از نقطه نظر علمي عبرات است از بردار كليه نيروهاي آيروديناميكي مؤثر بر وسيله ي نقليه هوايي وقتي هواپيما به صورت تراز پرواز ميكند اين نيرو در خلاف جهت نيروي وزن وبه صورت قائم بر بال وارد ميشود ( كتاب طراحي هواپيما) در واقع نيروي برآ نيرويي است كه بر يك سطح متقارن در مسيري عمود بر خط پرواز تعريف ميشود . هر چه زاويه حمله بيشتر باشد اما اين بدان معنا نيست كه اين روندادامه دارد . وقتي كه نيروي برآ به حداكثر خود برسد حالتي پيش مي آيد كه هواپيما ديگر توان ادامه پرواز را ندارد . در اين حالت مي گويند وسيله نقليه دچار حالت واماندگي ((STALL))  شده است . در اين حالت نيروي برآ كاهش مي يابد.

خود سطح به طور كلي نيروس پسا ايجاد ميكند وبا كاهش سطح بال نيروي پسا هم كاهش مي يابد .. اما در عين حال بال داراي حداكثر ضريب برآست . با درنظر گرفتن اين موضوع كه هواپيما براي چه منظور وعملياتي ساخته ميشود كاهش سطح بال با محدوديت روبرو است . به همين دليل براي بهبود وضعيت بال از فرامين فرعي مثل FLAP يا برآ افزاها استفاده ميشود.

-برآ افزا يا FLAPچيست؟

بخشي از سطح بال است كه با خم كردن آن به سمت پائين تغييري در انحناي مؤثر بال به وجود مي آيد در فشار بالا برنده بيشتر ميشود.

نيروي پسا((DRAG

زماني كه همه ي نيروهاي بالابرنده ي هواپيما تجزيه شوند نيروي پا به وجود مي آيد.

هرنقطه اي در هواپيما كه فشار هايي به صورت قائم وجود داشته باشد. اين نيرو حضور دارد . در ضمن اصحكاك موجود در لايه ي سطحي جريان هواي موجود روي پوسته باعث بوجود آمدن نيروي پسا ميشود.

نيروي پسا معرف انرژي از دست رفته است . كه منابع گوناگون دارند .

نكته ي قابل ذكر اينكه نيروي پسا در جهت مخالف حركت بال در هوا پديد مي آيد.

دو نيروي ديگر نيز به بال وارد ميشود به نام هاي:

1- گشتاور پيچشي

2-گشتاور خمشي

گشتاور پيچشي: سازه ي بال ميل دارد حول محور طولي خود بپيچد اين تمايل با عث بوجود آمدن نيرويي ميشود كه به ان گشتاور پيچشي مي گويند.

اين نيرو (گشتاور ) توسط قسمتي از دم به نام ELEVAITORيا همان سكان افقي خنثي ميشود.

گشتاور خمشي: (PINCHING MOMENT)

هنگامي كه نيروي گشتاور پيچشي بر سازه وارد  ميشود نيروي گشتاور خمشي باعث ميل به خم شدن حول محورمركزي كل هواپيما ميشود.

-فرامين فرعي بال

ازجمله فرامين فرعي كه در لبه ي فرار بال كار گذاشته ميشود برآ افزا يا FLAPاست كه

قبلاً راجع به آن صحبت شد. از ديگر فرامين اصلي كه در بال در قسمت لبه ي فرار كار گذاشته مي شود شهپر AILORANاست شهپر عبارت است از سطح ساده اي كه شبيه برآ افزا مي باشد كه در قسمت خارجي لبه ي فرار بال تعبيه شده وظيفه آن چرخاندن هواپيما حول محور طولي آن است .

از جمله سطوح فرعي ديگري كه در قسمت بال قراردارد ترمز، سرعت شكن يعني SPEAD BREAKاست كه باعث كاهش سرعت هواپيما ميشود .

قسمتي در بال ، جلو هواپيما در لبه ي حمله قراردارد به نام SLAT اين تكه حالتي شبيه حمله دارد اين قسمت با فاصله اي مناسب به قسمت جلو متصل است فاصله ي بين اين دو قسمت يعني لبه ي حمله موجود در بال واين تكه باعث ميشود در هواپيما هاي بزرگ جريان هوا از اين فاصله به صورت جريان منظم در روي سطح بال حركت كند ودر واقع جلوگيري مي كند از تاثير جريانات هوا مغشوش روي بال

نحوه ي قرارگرفتن بال روي بدنه

در اين قسمت به نحوه ي قرار گرفتن بال روي بدنه مي پردازيم از اين نظر بال به سه حالت مي تواند روي بدنه قراربگيرد. كه به اين شرح است.

1-بال روHIGHT WING

در اين نوع بال هواپيما در قسمت روي آن قراردارد  كه باعث به وجود آمدن ويژگيهايي در اين دسته هواپيما ميشود .در اين نوع هواپيما ميل دارد در سطح افق حركت كند . حركتي شبيه به پاندول ساعت كه با هر رفت و برگشت بال ميل ميكند به نقطه ي وسط برسد.

2-بال زير LOW WINGهمان طور كه از اسم آن بر مي آيد بال در قسمت زير بدنه قراردارد . داشتن تعادل كم از جمله ويژگيهاي اين نوع بال محسوب ميشود . يعني آنها ميل دارند كه دائم برگردند طوري كه كابين خلبان در قسمت زير قرار بگيرد. به همين دليل كنترل كردن اين هواپيماها مشكل است .. مثل جنگنده

3-بال وسطSHOLDER WINGبال اين مدل هواپيماها در قسمت وسط آن قراردارد .ويژگيهاي اين نوع بال حالتي مابين دو حالت قبل است اما بيشتر به LOW WINGيعني بال زير ميل ميكند.مانند هواپيماهاي آكروباتيك

در اينجا قابل ذكر است كه محل قرارگرفتن لبه حمله بال نسبت به خط افق دو حالت دارد . يا بالاتر از خط افق يا زير خط افق

بال در هواپيماهاي دوباله:

بال هواپيماهاي دو باله به اين صورت است كه دو بال به صورت افقي روي هم قراردارند چيزي كه در اينجا وجود دارد اين نكته است كه اين دو بال د رچه وضعيتي نسبت هب هم قراردارند .. اگر بالي كه در روي بال ديگر قراردارد ( بال بالا) جلوتر  از بال پائين باشد به آن در اصطلاحPOSITIVE STAGGER ( بال مثبت) مي گويند. حالت بعدي مربوط ميشود به حالتي كه با بالا در حالتي عقب تر از بال پائين قراردارد اين در اصطلاح NEGATIVE STAGGER ( بال منفي) حالكه بحث به هواپيماهاي دو باله كشيده بد نيست چند برتري اين هواپيماها را نسبت به نوع يكبال آن بدانيم.   

 

حال كه بحث به هواپيماهاي دوباله كشيده بد نيست چند برتري اين هواپيماها را نسبت به نوع يكبال آن بدانيم.

اول اينكه هواپيماهاي دو باله ميتوانند سطح بال بيشتري را نسبت به اندازه ي خود حمل كنند بنابراين مي توانند در مسافت هاي كوتاهتري عمليات نشستن و برخاستن را انجام دهند.

دوم اينكه آنها قادرند محموله ي بيشتري را با خود حمل كنند

سوم اينكه اين هواپيماها هزينه ي كمتري نسبت به نوع يك باله دارد  ضمن اينكه ساخت آن نيز آسان است.

 نسبت منظريکنسبت منظري نسبتي است كه ميان اعضاي يك مجموعه باعث بوجود آمدن تعادل در ظاهر اعضا ميشود . نسبت منظري در واقع نوعي تناسب است ميان آن اعضاء.

نسيت منظري در بال هواپيما عبارت است از تناسب ميان طول بدنه بال ودم كه اينها مجموعاً تناسبي زيبا در طرح سازه به وجود مي آورد. به طور تقريبي طول بال را اگر تقسيم به چهار كنيم جواب را در سه ضرب كنيم طول بدنه بدست خواهد آمد : 

براي بدست آوردن ابعاد سكان افقي ـــ طول بال را درنظر ميگيريم.

طول سكان عمودي اگر ــــ طول سكان افقي را بدست آورديم طول سكان عمودي خواهد بود.

جريانات هوايي 

هوابه صورت جريانهاي متوالي ودائم در حركت است اين جريانات گاهي آرام وگاهي ناآرام اند وگاهي آنقدر متغيير عمل ميكنند كه مشكلاتي را بوجود مي آورند.

امروزه سازندگان هواپيما با شناخت اين جريانات مهار يا كاهش آنها سعي در كنترل آن دارند . اين جريانات پر انرژي به طور محسوسي روي سرنوشت هواپيما تاثير ميگذارد طوري كه در صورت عدم عكس العمل به جا حتي منجر به سقوط هواپيما ميشود وباز در صورت عكس العمل به جا ومناسب گاه هواپيما را از خطر جدي نجات ميدهد . گاهي اوقات اين جريانات در هنگام حركت وسيله ي نقليه هوايي وگاه بعد از متوقف شدن آن بوجود مي آيند . در هر حال بايد آنها را شناخت  و از تاثيرات آن آگاه شد.

حال به بررسي مختصري درباره ي چند جريان هوا وتاثير آن روي هواپيما مي پردازيم .

ترمال:

ترمال ها گردبادهاي گرمي هستند كه در جو موجود اند وما آنها را نميبينيم ترمالها در   

ارتفاعات قراردارند در ارتفاعي حدود 100 متر وبيشترآنها حس ميشوند .. ترمال ها تاثير بسزائي روي هواپيما ها چه مدل وچه بزرگ دارد . هنگامي كه فرد محل ترمال را تشخيص دهد  ميتواند با هدايت مناسب هواپيما روي آنها ساعت ها در آسمان بدون اينكه حتي از موتور استفاده وبا حركت از يك ترمال روي ترمال ديگر پرواز كندو باقي بماند.

2-چسبندگي سطحي (VISCOSITY)

هر جسمي كه در جو وجود دارد هوا به آن مي چسبد يعني جسم توسط يك لايه از هوا احاطه ميشود .. تاثيري كه (VISCOSITY)روي هواپيما ميگذارد اين است كه هر چه جسيندگي سطحي بيشتر باشد هواپيما سختتر حركت ميكند . هرچه سطح مورد نظر ما صاف تر وصيقل تر باشد چسبندگي سطحي كمتر ميشود بنابراين زبر تر بودن هواپيما در حركت آ ن در هوا تاثير ميكند.

 

جريان هواي مغشوش TURBULENCE

وقتي هوا آرام است مولكولهاي هوا به طور منظم وكنار هم حركت ميكنن اما گاهي در اثر مجود عوامل گوناگون مثل حركت يك شيء غول پيكر و يا حتي يك شيء كوچك اين مولكولها به طور منظم حركت نمي كنند و به صورت در هم روي يكديگر مي لغزند با اين كار آنها جرياني از هواي مغشوش وسر درگم به وجود مي آيد كه به اين جريان مغشوش TURBULENCEگفته ميشود اين جريان گاهي به قدري قوي است كه اگر هواپيمايي در

 گير بيفتد رهايي از آن مشكل و گاه غير ممكن است . به طور مثال در فرودگاه ها وقتي يك هواپيما مثل بويينگ 747 فرود مي آيد تا مدتي بعد از فرود آن هيچ هواپيمائي نمي تواند فرود آيد چون اين هواپيما TURBULENCEبزرگي به وجود مي آورد كه خيلي خطرناك است اين مثال براي هواپيما هاي كوچك تك موتوره نز صدق ميكند .

 

جريان هواي حلقوي VORTEX

 

هرگاه مايع يا هوا يا به صورت دايره وار به مركزيت يك نقطه ( دواير متحد المركز ) وبه طرف سر بال برود VORTEXيا جريان هواي حلقوي را به وجود مي آورد جريان حلقوي چيزي شبيه گرداب اگر اين جريانات كنترل نشود براي هواپيما چه مدل وچه بزرگ مضر خواهد بود اين جريانات ميل ميكنند كه در طول بال به حركت درآيند كه در اين صورت تعادل به هم خورده وغير قابل كنترل ميشود . براي كنترل اين جريانات در هواپيما چه مدل چه بزرگ در قسمت نوك بال زاويه اي به آخرين ريب كار گذاشته شده ميدهند كه اين جريانات را خنثي ميكند.به اين تكه كار گذاشته شده اغتشاش گير ويا ورتكس گير ميگويند.

بدنه:

از قسمت هاي ديگر هواپيما كه در استحكام هواپيما اهميت دارد بدنه است اصولاً بدنه ي هواپيما بايد سبك باشد كه جريمه وزن براي هواپيما نداشته باشد همان  طور كه قبلاً گفته شد تا حد امكان هواپيماي مدل بايد سبك ساخته شود يعني اين هواپيما هرچه سبكتر باشد 

 بهتر پرواز ميكند.

مهندسين هواپيمايي هواپيماهاي خود را به سه صورت ميسازند:

-         مدل قوطي( پوسته اي) د راين مدل بدنه به صورت قوطي تو خالي وبه شكل مكعب مستطيل خاصي ساخته ميشود 

-         مدل اسكتي ( خرپايي) در اين مدل چهار چوب هواپيما ساخته شده در ميان اين چهار چوب تكه چوب هاي كوچك به صورت هفت وهشت ( به صورت خرپائي) قرار ميگيرد . اغلب هواپيماهاي جنگ جهاني دوم به اين صورت ساخته ميشد. 

 

3-مدل فريم دار د راين مدل بدنه هواپيما به صورت فريم فريم ساخته ميشود هر فريم قطعه اي از قطعات بدنه است كه هنگامي كه در كنار هم قرار بگيرند  بدنه را تشكيل ميدهند.قابل ذكر است كه بدنه هواپيما ها را بصورت تركيبي نيز مي سازند.

تركيب هايي از پوسته اي واسكلتي مدل فريمي اسكلتي وفريمي

 

پوسته اي

از نظر مقاومت ابتدا مدل قوطي ( پوسته اي) بعد فريمي وبعد اسكلتي  داراي مقاومت بيشتري است وگاه هرسه نوع با هم مثل هواپيماي مسافربري ساخته ميشود.

جنس بدنه

جنس بدنه ي هواپيماي مدل از جنس چوب بالسا است چوب بالسا چوب سبك ومقاومي است كه مخصوص ساخت مدل وماكت است اين چوب در مناطقي مثل امريكاي جنوبي وفقط در مرداب ها مي رويد چوب بالسا سه نوع است نرم ، نيمه نرم و سفت

گاهي اين سوال پيش مي آيد كه چرا هواپيماي مدل را از فلز مثل آلومينيوم نمي سازند.در پاسخ به اين سوال بايد گفت علاوه بر اينكه اين نوع چوب نسبت به فلز خيلي خيلي سبك تر است . علت ديگر استفاده نكردن از فلز آن است كه فلزهايي مثل آلومينيوم امواج ارسالي از راديو كنترل را دريافت ميكنند.  

قطعات هواپیمای مدل 

 

 

[ سه شنبه بیست و هشتم شهریور 1391 ] [ 18:30 ] [ hamid ]

آموزش ساخت هواپيماي مدل راديو كنترل

دوستان عزيز و علاقه مندان ما ميخوايم در اين تاپيك درباره ساخت يك هواپيماي مدل حرف بزنيم و از مرحله ابتدايي شروع كنيم و با كمك همديگه و با استفاده از تجربيات دوستانمون هواپيما بسازيم.



همونطور كه ميدونيد يك هواپيما از سه قسمت اصلي تشكيل ميشه (موتور – بدنه – راديو كنترل) كه مهمترين قسمتش بدنه هواپيما است چون موتور و راديو كنترل معمولا با تنوع زيادي در بازار به صورت آماده و براي هر سايز هواپيما موجود است و اين بدنه هواپيما است كه در اختيار ما است البته انتخاب درست موتور و راديو هم خيلي مهمه ولي بعدا دربارش صحبت ميكنيم.

هواپيماها از نظر جنس بدنه كلا به سه دسته اصلي تقسيم ميشن كه شامل بدنه چوبي – كامبوزيت و فوم ميباش و حتي يك هواپيما ميتونه داراي بدنه اي مركب از همه اين مواد باشه

بدنه چوبي: هواپيما هاي بدنه چوبي كه قدمت و طرفداران بيشتري از قديم دارن از چوبي به نام بالسا (كه از ريشه درختي به نام بالسا) تهيه ميشن، اين چوب داراي خصوصياتي ميباشد كه ميتوان وزن بسيار پايين آن را نام برد و همچنين هيچ گاه نميپوسد (حتي در آب) و قابليت سمباده خوري بسيار عالي دارد و همچنين موقع برشكاري حتي به وسيله تيغ كاتر برش ميخورد و قدرت آن در طول تارهاي چوب بسيار فوق العاده است و با چسب چوب يا اپوكسي و يا قطره اي قابل اتصال ميباشد. چوب هاي بالسا در ابعاد مختلف استاندارد بر اساس اينچ و ميليمتر موجود ميباشد مثلا در واحد ميليمتر چوب بالسا در ابعاد 10سانت در 100سانت و قطر هاي مختلف (0.2 – 0.5- 1- 1.5- 2-2.5-3-3.5 الي........ 15-20) ميليمتر است و بنا به نوع و محل مصرف بايد انتخاب شود.

بدنه فومي: فوم (يونوليت) هم در ساخت هواپيماي مدل كاربرد زيادي دارد كه از خصوصيات اين جنس سرعت ساخت بالاتر ميباشد و توسط ابزار هايي به نام (فوم كاتر) كه توسط جريان برق كار ميكند برش ميخورد و همچنين به وسيله سنباده هاي دانه درشت شكل گرفته ميشود، البته يك هواپيماي فومي قدرت و استحكام هواپيماي چوبي رو نداره كه درباره اين موضوع هم صحبت ميكنيم.

بدنه كامبزيت: اين بدنه هم از بدنه هاي بسيار محكم ميباشد كه البته مدت زيادي نيست كه استفاده از اين جنس در هواپيما رواج پيدا كرده است. براي ساخت اين بدنه از چسب اپوكسي يا رزين پلي استر به همراه پارچه گلاس استفاده ميشود كه باز هم در بارش به صورت مفصل بايد صحبت بشه ولي از معايب اين بدنه قيمت تمام شده بالاي آن است به علت استفاده از چسب اپوكسي و گران بودن اين ماده ولي از خصوصياتش به وجود آمدن يك بدنه يك پارچه و بسيار محكم ميباشد و اين كه بعد از ساخته شدنش ميتوانيم آن را رنگ كنيم.

در موارد قبلي براي رنگ آميزي هواپيما از فيلم هاي Solar استفاده ميشود

البته معمولا در يك هواپيماي فومي براي قدرت دادن به بدنه از يك لايه چوب بالسا با ضخامت كم استفاده ميشود كه توسط چسب روي فوم قرار ميگيرد و قدرت بدنه را بسيار بالا ميبرد

[ سه شنبه بیست و هشتم شهریور 1391 ] [ 18:23 ] [ hamid ]

[ شنبه بیست و پنجم شهریور 1391 ] [ 20:2 ] [ hamid ]

OVERVIEW OF DESIGN ISSUES

General Design Issues

This article is an attempt to describe the big picture of model design. In general there are two primary measurements of model performance; acceleration and top speed and the following description explains which model variables affect these two performance characteristics.

Acceleration

Acceleration is important when racing around a course when you need to change directions and get the most speed out of each gust. The very simple relationship that determines acceleration is Force = mass x acceleration. It says that a body experiencing a force will have an acceleration that is equal to the net applied force divided by the body's mass. This means that one way to increase model acceleration is to make it as light as possible. Alternatively, you can increase the net force by increasing the thrust generated by the sail or by decreasing the model drag. Increasing the sail thrust can be done by improving the sail lift to drag ratio (like using a wing mast) or by increasing the sail area. Since you need more weight to carry more sail area you can see that there must be some balance between model weight and sail area. The other way to increase net force is to reduce model drag. In practice this in not very effective because drag force is proportional to velocity squared. When accelerating from low speed these forces are small compared to the sail thrust and so body drag is not very important to acceleration. In fact, if the model is moving downwind and has not yet reached wind speed a larger body drag force may actually increase acceleration.

The conclusion is that model mass, sail lift/drag ratio and sail area are the primary variables that influence model acceleration. Acceleration can be improved only by increasing the sail lift/drag ratio and correctly balancing model weight with sail area.

Top Speed

Top speed is important when racing in a straight line on a long leg of a course. Calculating maximum model velocity is more complicated than acceleration but we can still determine the primary factors that influence it. Maximum model velocity occurs when the thrust force generated by the sail is equal to the combined drag force of the sail, body and wheels. Model weight has no direct correlation to maximum velocity. Instead we must consider the lift/drag ratio of the sail, the sail area, the aerodynamic drag of the model body and the drag in the wheels. Maximum velocity can be increased by improving the sail lift/drag ratio, increasing the sail area and decreasing the model drag. Because sail area must still be balanced with model mass, one way to increase top speed is to carry a large sail and make the model very heavy but this will adversely affect acceleration and maneuverability.

The best way to increase top speed, besides improving the sail performance, is to reduce drag by using low friction ball bearings in the wheels and making the body slim and streamlined to reduce friction.

Conclusions

Increasing the lift/drag ratio of the sail increases model acceleration and top speed while sail area and model mass must be properly balanced for optimum performance. In addition, reducing the model drag from the body and wheels will increase model top speed but has little effect on acceleration.

Back to top of Page

LANDYACHT VELOCITY PREDICTION PROGRAM

Program Description

The program described here is a Matlab script that was written to predict the speed and loading on a landyacht based on the yacht configuration, the wind conditions and the vehicle heading. To run the file you need a version of Matlab or you will need to convert the algorithm to some other language but you can at least view the file with WordPad. The algorithm doesn't make any assumptions about the size of the landyacht and so it is valid for models and full size landyachts alike. I don't have much data to compare the results to but it seems to at least be in the right ballpark for predicting yacht speeds.

The program works by guessing at and then adjusting the vehicle velocity until the net thrust is close to zero (steady state operation, i.e. top speed) for all possible headings (0-180 degrees) and sail/wing trim angles (0-60 degrees). It then stores the maximum velocity for each heading that also satisfies the criteria that the vehicle can't flip over or slide sideways. It also stores the maximum possible velocity when slipping and flipping are ignored so that you can see how close your design is to achieving it's maximum possible speed. This information is then plotted in a polar plot like the one below:

Example of Polar Plot

The red line represents the maximum speed when flipping and slipping are ignored. The blue line is the maximum vehicle velocity when flipping and slipping are taken into consideration. In this case, the yacht could achieve greater speeds if it were made heavier or if it made use of down force. One useful aspect of this program is that it can be used to predict how much weight is required to prevent slipping and flipping for given wind conditions and yacht configurations. Based on this information the program can also estimate the loads the vehicle will experience for any wind speed, yacht speed, rig trim and heading.

To use the program to simulate your own yacht you just need to change the yacht parameters to match your own design and run the script for the wind speed you're interested in. If you do use this program in the design of a full sized landyacht or a model, please send feedback to info@rclandsailing.com along with any real data you have to compare to predictions. If you do not have access to Matlab, I will be happy to run the script for you if you provide me with the necessary yacht parameters.

To download the script right click the link below and "save as"

Matlab Velocity Prediction Script

Richard Loftin of Wind Wheels Online Landsailing Journal has translated this script into a Java program that anyone can run. To see it in action click here.

John Horstkamp, a student at George Mason University, has translated this script to a program that can be run on any Windows machine. To download the zipped file, click here.

Back to top of Page

RIG DESIGN TOPICS

Wing Mast Experiments

I have constructed several wing masts for the LS-3 and LS-4 platforms. The wing is similar in construction to a model plane wing with slight modifications to the trailing edge allowing for a sail slot. The balsa and basswood wing skeleton is shown below.

Wing Mast Skeleton

The wooden skeleton is then covered with monokote heat shrink aircraft covering to form the surface. This construction is very light, extremely strong and relatively inexpensive.

In light wind conditions (less than 15 mph) a small sail is attached using the LS-3 quick change groove system. In heavier wind conditions the sail is removed and the wing alone can be used to power the model. Though this configuration is faster than the storm sail rig it is much more sensitive and therefore more difficult to sail.

LS-3 with Wing Mast

The resulting rig noticeably outperforms the standard rig reaching speeds 30-40% greater than the rectangular mast with mylar sail. To see the detailed data see the speedometer section.

The most interesting observation I have made so far is that wing thickness and tapering have no noticeable effect on wing performance. The only important variable seems to be wing area which must be balanced with the model righting moment. With this in mind, the LS-3 wing mast has been designed to provide sufficient power by itself in a 20 mph breeze. In lighter conditions the addition of the mylar sail increases the rig power so that the wing rig can outperform the stock mast and sail in all wind conditions. The LS-3 in now available with a wing mast option for a small increase in cost, and the wing mast is standard on the LS-4.

Back to top of Page

Sail design tool

This spreadsheet is meant to make sail design a little faster. It takes a few inputs, such as luff length and rake angle, and calculates sail area, the location of the center of effort and draws a simple picture of what the sail will look like. I use it to quickly run through a few different sail plans before I start cutting. Because the materials are relatively cheap, it's a good idea to build a few sails for different wind conditions like windsurfers do.

Samples of Different Sails

sail.xls

Back to top of Page

Sail Scaling Formula

This article develops an equation for determining an appropriate scaling factor for making a sail bigger or smaller than an existing sail that is already known to work well in a particular range of wind conditions. This is intended for making multiple sails for use on the same yacht. It may not be valid for estimating appropriate sail scaling between different yachts. The equations presented assume a triangular sail shape that is scaled in such a way that the aspect ratio is maintained from one sail to the next, though this same approach could be used to derive the scaling laws for differently shaped sails as well.

Lets say you already have a sail that works great on your model in 10 mph winds and you want to make a similarly shaped smaller sail for 20 mph winds (Of course, wind is variable so when we talk about 10 or 20 mph winds, what is meant is wind conditions with an average speed near that level). To accomplish this objective, you will need to reduce the size of the sail enough that the new sail generates the same amount of heeling moment in 20 mph winds that the old one did in 10 mph winds. But how much smaller should you make it? Changing the size of the sail makes the yacht better suited for more or less wind for two reasons. First, the sail size affects the sail area, which governs the magnitude of the forces generated by the sail. Second, the sail size also affects the location of the sail’s center of effort, which governs the effect that the sail force will have on the yacht. Because the center of effort changes, the mast step will also have to be shifted either forward or backwards to maintain proper helm balance. Another result of this effect is that since a smaller sail will have a lower center of effort, it can generate higher forces before exceeding the yachts maximum stable heeling moment. This means that more thrust can be generated before the yacht will tip, which is one of the reasons that yacht speed increases as wind speed increases.

Scaling Equation

Variables:

S - sail scaling factor you want to compute (scaling of each sail dimension)

R - ratio of new design wind speed to old design wind speed (in this example R = 20mph/10mph = 2)

The following is a scaling equation for a triangular sail shape (click here for derivation):

S = R^(-2/3)

When plotted this function looks like this:

Plot of scaling equation

There is also an excel worksheet that will perform this calculation for you: click here.

Example

An example of how to use this formula will now be presented. Although in this example, the formula is used to scale down, it can also be used to scale up. Assume you already have a sail that works well in 10 mph winds with the following dimensions:

Original sail dimensions:

Foot (triangle base “b”) = 10 in

Leach (triangle height “h”) = 50 in

Area “A” = 250 sq. in

Now you decide that you would like to make a new sail that will generate a similar heeling moment in 20 mph winds. The variable “R” is 20 mph/10 mph so R = 2. Using the above equations or plots, when R = 2, S = 0.63. Now we multiply the original sail dimensions by “S” to get the new dimensions:

New scaled sail dimensions:

Foot (triangle base “b”) = 10 in x 0.63 = 6.3 in

Leach (triangle height “h”) = 50 in x 0.63 = 31.5 in

Area “A” = 99 sq. in

While this method does not take into account differences in mast bend, Reynolds number and other secondary effects, it should provide a very good estimate for scaling up or down from an existing sail configuration. Once the mast step is repositioned properly, this new sail should behave similarly in 20 mph as the original did in 10 mph winds.

Back to top of Page

Why Landsailers Don't Have Jibs

It seems that every soft water sailor who contacts me asks why my models don't have jibs.

To understand the difference between soft water sailing and landsailing you must think about working in an entirely new realm of speed where the effect of apparent wind actually exceeds the true wind. Because the resistance to forward motion is so small on a landsailer, it will quickly reach wind speed at almost any point of sail other than head to wind. At that point the vehicle speed will increase further based on the combined effect of the true wind added to the apparent wind. This makes it possible to reach speeds in excess of 3 times wind speed! This means that once under way, a landsailer (even a model) is essentially going upwind no matter what it's angle to the true wind.

At these high speeds and low angles of attack a single sail rig is vastly superior to a multi sail rig because it can generate a higher lift to drag ratio than multiple sails. This is why you will never see a modern land yacht with a jib (see http//www.nalsa.org/) or a bi-plane for that matter. The same reasoning applies for models. When you're sailing a monohull these effects are not apparent because of the limits of hull speed, but you don't need to be going 60 mph to see this effect. If you've ever sailed on a modern beach catamaran you know that in an upwind leg a jib is often a hindrance which is why the fastest cats use a single, wing like main sail for upwind work and a retractable reaching sail for downwind work.

I hope this explanation satisfies anyone's urges to try a jib on their land yacht. While I enjoy and encourage experimenting with new rigs and configurations to enhance model performance this is one test that has been done many times before. Why not try a wing instead!

Back to top of Page

LS Mast System

Since I've heard quite a few questions about my spring loaded side stays I've provided a short description below.

The spring loaded side stays themselves are a relatively simple system of lines and fatigue resistant rubber bands that allow the sail to lean to leeward. By adjusting the pre-tension in the system, the amount of mast tilt schematic lean can be adjusted. One benefit of this system is that in sudden gusts, the sail leans to leeward and naturally spills wind to prevent capsizing. You can think of this as reducing the effective sail area. This is illustrated in the accompanying figure. As the mast leans over an angle theta, the effective sail area becomes the actual sail area multiplied by the cosine of the angle.

As it turns out, I've found that model performance is also very dependent on rig tension. Specifically, the model is much faster when the sail leans to leeward. This behavior is much harder to explain, but I'll try.

These figures try to show the difference in the vectors of the air flow over the sail for a vertical and tilted configuration.

sail forces vertical sail forces leaning

With the sail vertical, the air is forced to flow approximately parallel to the foot of the sail so that the resultant forces on the model are to leeward (which causes sliding) and forward (to cause forward acceleration).

When the sail is leaning to leeward, the air flows upwards and to leeward (parallel to the mast). That results in two forces down and to windward that weren't present when the mast was vertical. This additional force to windward (which counteracts the leeward force and improves balance) may explain the better performance of the tilted rig.

Back to top of Page

PLATFORM DESIGN TOPICS

Wheel selection (urethane inline skate wheels vs. foam RC plane wheels)

I have also tried both types of wheels and there are three main reasons I feel urethane wheels are better than foam plane wheels for model landsailers.

  1. Urethane wheels are equipped with ball bearings and foam plane wheels aren't resulting in reduced friction for inline skate wheels.
  2. Traction- friction force is a function of both weight and coefficient of friction. Both of these have larger values for urethane wheels (especially soft ones) than for foam plane wheels and that reduces side sliding.
  3. Stop thinking like a soft water sailor! As a catamaran sailor I know what a great speed advantage it is to reduce boat weight, but that is because the amount of water displaced by the hulls, and thus drag, is proportional to boat weight. For a landsailer with ball bearings, drag is not a strong function of weight and so if you can add some weight at the very end of the beam then you increase the righting moment and can carry a larger sail. There is still the drawback of slightly reduced vehicle acceleration but in my experience, that doesn't have much affect on a landsailer that already possess great acceleration.

And now thanks to the increased popularity of foot scooters urethane wheels with diameters of 125 mm and even larger are now available.

If you are planning on purchasing inline skate wheels I recommend the closeout deals at www.skatepro.com

Back to top of Page

Bearing selection

There are many grades of bearings available for roller blade wheels and I have tried several to determine the impact of bearing quality on model speed. Delrin bearings range in quality from ABEC 1 to ABEC 3, 5 and 7 with ABEC 1 being the slowest and cheapest (about $1 each) and 7 the fastest and most expensive (about $2.50 each). There are also ceramic bearings available that are even faster and more expensive ($5 or more each).

When used on inline skates or skate boards you can notice great differences in bearing performance because each set of bearings is supporting 20-40 pounds. On a model landsailer each set of bearings supports about 1-2 pounds. This small load makes the advantages of "better" bearings much smaller.

To test the effects of bearing quality on model speed two identical LS-3's were raced. One was fitted with ABEC 1's and the other with ABEC 7's. The result was that the LS-3 equipped with ABEC 7's had a slight advantage in wind conditions from 5-8 mph though it was barely noticeable. In winds in excess of about 8 mph no difference could be noticed.

These results lead to the conclusion that high quality bearings may be slightly advantageous for racing but do not have as much effect on speed as other features such as beam, mast and sail configuration.

Back to top of Page

Optimum Center of Mass

This section describes the best way to position weight on your model in order to counteract the force of the wind on the sail. This approach does not take into account the effect of weight distribution on model balance and vibration which should also be considered.

On a landsailer, as with any wind powered vehicle, it is beneficial to minimize overall weight to increase acceleration. Of course, some weight is required to counteract the force of the wind that tries to flip the vehicle over. How this weight is distributed determines how much righting moment (the thing that keeps you from flipping) you have per unit mass. The goal is to maximize the righting moment per unit mass so that you get the most benefit from the weight you carry. In the LS designs overall weight is minimized first and then the majority of the model weight is concentrated in the area that yields the most righting moment.

There are two methods for determining the optimum weight distribution and both lead to the same conclusion. Both methods are described below.

The results show that the best place to put the majority of the model weight is a far to the stern as possible. Furthermore, whether you concentrate the model weight at the ends of the rear beam or at the center, there should be little difference as long as the weight is balanced side to side and is far rear as possible.

Energy-Work approach

One way to approach this problem is to say that the rig must do some work on the mass of the vehicle to lift the windward wheel. If the goal is to prevent this from happening, then lifting the windward wheel a given amount should require as much work as possible. Work (or energy) is equal to force times distance. In this case, the force is the weight of the vehicle and the distance is the height that weight is raised off the ground.

righting moment

To maximize the energy required to lift the wheel for a given model weight all the weight should be put where it will move the most as the wheel comes off the ground. Based on the geometry of a 3 wheeled landsailer, this distance is largest at the rear of the model near the windward wheel. Since the weight must also be symmetrically distributed for vehicle balance we can consider two cases:

If all the weight (let's say 2 pounds) is at the center of the rear beam then the work done is 5" x 2 pounds = 10 inch-pounds total.

If there are two equal weights (1 pound each) located at each end of the rear beam then the total work done is 10" x 1 pound = 10 inch-pounds total. The other pound of weight doesn't contribute because it doesn't move as the vehicle tilts. The result will be the same if the 1 pound weights are located any distance from the center as long as they are symmetric.

So as long as the weight is far rear it doesn't make any difference how you distribute it along the rear beam as long as it's symmetric.

Moment approach

We can also model the sail as exerting a moment on the model that must be counteracted to keep the model from flipping (or forcing you to let out the sail). In this case we want to maximize the moment exerted by the model weight. Since moment is distance times force you want your weight in a place where it is far from the point of rotation (the leeward rear wheel).

For example, say your beam is 30" long. If you put 1 pound of ballast at each end of the beam then as the windward wheel lifts off the ground the weight at the leeward end does nothing to counteract the sail force because it's not moving. The weight at the windward end it being lifted and is 30" from the rotation point so it exerts a moment of 30 inch-pounds (1 pound x 30") keeping you from flipping.

righting moment

Now consider if instead of 1 pound at each end, you put 2 pounds in the center of the beam. As the windward wheel lifts off the ground all 2 pounds will move but now the moment arm is only 15" long and so the total moment is still 30 inch-pounds (2 pounds x 15").

So once again, as long as the weight is far rear it doesn't make any difference how you distribute it along the rear beam as long as it's symmetric.

Back to top of Page

Expected loads

By analyzing the failure mode of an early model, I was able to estimate the maximum load you can expect the main beam will have to support which can then be used to get an idea of how strong you need to make it.

In this case, a composite balsa/basswood I-beam fractured from the force of the sail pushing down on it.

beam failure

The wind was blowing approximately 20 mph when this beam failed just forward of the mast step. Based on the material properties and the loading geometry, I found that the force exerted on the beam by the sail must have been at least 25 lbs. The area of the sail being used was 250 in2. So assuming this force increases linearly with sail area (which is probably a good approximation) this should give you a rough idea of how much load your model must support for a given sail area in 20 mph of wind.

Bottom line: To get a rough idea of how much load your beam will see in a 20 mph breeze, take your sail area in square inches and divide it by 10 to find the expected load in pounds.

Back to top of Page

Beam bending

This spreadsheet is an aid in designing beams for the main spar, rear beam and mast cross sections. It helps calculate the bending of a simple wooden beam for a given loading situation and could be modified to work for more complex structures and different materials.

beam.xls

Back to top of Page

Speedometer Experiments

I've been working on a system to more accurately measure model speed. To refine the measurement, I've purchased a bicycle cyclometer and fastened it to one of the rear wheels as seen in the accompanying pictures.

speedometer setup

This cyclometer is an avocet cyclometer model 15 which was chosen for its capability to be programmed for wheel circumferences as small as 100 mm eliminating the need to convert the display's velocity read out. This model also has a maximum speed function which is required on a model if you wish to see how fast you were going.

The system is relatively cheap and simple to put together but the initial results were disappointing. The speedometer hit a limit at 11.2 mph, and was incapable of measuring any higher speeds on the 80mm wheels. Since the recommended sensor position is 3" from the axle with a top speed measurement of 75 mph, and on the model it was mounted approximately 1" from the axle, the maximum speed expected is about 25 mph. This suggested that there was a mounting/alignment problem that needed to be corrected before an accurate velocity measurement could be made.

speedometer setup

The magnet was remounted on a larger 110mm urethane wheel and the maximum speed increased to 15 mph but did not work at higher speeds as you can see in the following plot.

Preliminary results are shown here for the LS-3 with the standard sail (pink) and with the developmental wing mast (blue) though no data has been taken yet in winds over about 9 mph. The horizontal axis represents wind speed and the vertical axis is model speed. As you can see the LS-3 exceeds wind speed by 50-100% and may even do better in higher winds. The velocity curves fall off at higher speeds because the speedometer is currently not capable of measuring speeds greater than 15 mph.

model speed vs. wind speed diagram

Back to top of Page

Generating down force with rear beam

Traditionally in any sailing vehicle the only force that is used to counteract the sail and keep the vehicle from flipping over is weight. An alternative is to generate an aerodynamic force (down force) to counteract the sail. In most sailing vehicles the air velocity simply isn't large enough to easily generate significant amounts of force but on a model landsailer apparent wind velocities can easily reach twice wind speed. This makes it possible to use the model's rear beam to generate an appreciable down force (about 1/4 to 1/3 of the model weight). This can be accomplished by making the rear beam in the shape of an asymmetric airfoil. The drawback is that an asymmetric airfoil creates more drag than an equally sized symmetric foil.

To determine if the benefits of this design outweigh the extra drag the performance of the LS-4 prototype design was simulated for a symmetric rear beam and a down force generating asymmetric beam. The polar plot of vehicle velocity vs. wind angle is shown below for both designs in a 20 mph breeze. The result is that the asymmetric design, shown in blue, is slightly faster (about 1 mph) than the symmetric design for most points of sail. Both designs are predicted to reach speeds of 28 mph using the wing mast alone in the 20 mph breeze.

down force plot

During some initial tests on the prototype LS-4 this technique seems to have some large benefits. The result is a much more stable model with no noticeable affect on top speed. This is possible because the slight increased in air drag is balanced out by the fact that the model can safely carry more sail area and use more of the existing power to generate more thrust without flipping.

Back to top of Page

Locating the Center of Lateral Resistance

Lateral resistance is the force or forces that oppose sideways motion in a yacht (land or otherwise).  It is important to know where the center of lateral resistance is so that you can position the sail's center of effort nearby to control the helm (the tendency of the yacht to turn up into the wind or down away from the wind when you stop steering).  In the case of a boat, the lateral resistance is provided by the hull and the foils (i.e. rudder and center board).  On a landyacht, the friction between the wheels and the ground provides the lateral resistance.  The center of lateral resistance (CLR) is the point along the length of yacht where, if you push it sideways, it will slide sideways without rotating.  You can also think of this point as the place where all the lateral resistance force would be acting if it was only a single force, rather than forces on several different wheels.  To find out where the CLR is on your yacht, set it up on the ground and push it sideways with your finger.  Search for the place where the boat doesn't rotate as you push it.  It turns out that on a landyacht, under static (i.e. non accelerating) conditions, the center of lateral resistance will be the same as the center of gravity (CG), provided that the coefficient of friction for the front and rear wheels is the same.  The figure below shows the static force and moment equations for a landyacht.  

lateral resistance free body diagram

These equations show that the CLR and the CG are the same as long as the friction is the same for all the wheel.  If the friction at one wheel is greater than at another, then the CLR will be shifted towards the wheel with the higher friction.  Once you start sailing, the forces on the sail will have an effect on the weight carried by each wheel, which will also shift the CLR slightly.  That is why the static determination of the CLR may only be good enough for a first guess at where to place your sail for proper helm.  After that, you will probably need to experiment a little to find the position that gives you the helm you want.  

Back to top of Page

Optimizing Length/Width Ratio for Maximum Righting Moment

The length-to-width ratio (L/W) of a three-wheeled landyacht affects the righting moment available to keep the yacht from flipping.  This is because the moment arm (the distance from the center of gravity (CG) to the line about which the heeling yacht rotates) changes as the L/W ratio changes.  The figure below demonstrates this.  

righting moment diagram

 

The distance "d" in this figure is the moment arm and as you can see, as the yacht gets very long (L/W -> infinity) d approaches half the rear axle width (w/2).  As the yacht becomes very short (L/W -> 0), d approaches zero.  This relationship is demonstrated in the following dimensionless plot.  

righting moment plot

The plot shows that for small L/W ratios, the righting moment arm increases quickly and then levels off.  Based on this analysis, you might think that the longer you make your yacht, the better, although most of the benefit is had once you get to L/W = 1.5.  It also shows that as the CG moves backwards, the righting moment increases.  However, the previous plot assumes that the CG can be moved independently of yacht length, but in reality the CG will move forward as the length increases.  Exactly how much the CG will move depends on the specific design of the yacht.  To quantify this relationship, the LS-3 design was chosen to determine the approximately relationship between length and CG position.  This next figure shows the normalized moment arm (d/w) when we account for the relationship between length and CG position (based on the LS-3 design).  

righting moment plot

This shows a more realistic picture of what is happening as the L/W ratio changes.  Now you can see that the maximum righting moment arm is reached at an L/W ratio of about 0.8 to 1.3.  However, L/W ratios at or less than 1 have undesirable behavior because the fore-aft stability becomes an issue when the windward wheel begins to lift off the ground.  A good compromise is an L/W ratio around 1.3-1.5, which is a value commonly seen in full scale landyachts and models alike.  In fact, the IRCSSA class rules, when maxed out, result in L/W ratios of 1.3-1.5.  

Back to top of Page

More to come soon... And if there is an aspect of model design you would like to discuss, please send your suggestions, questions or comments to

[ شنبه بیست و پنجم شهریور 1391 ] [ 20:0 ] [ hamid ]
.: Weblog Themes By Iran Skin :.

درباره وبلاگ

امکانات وب