stabiliteit vs manoevreerbaarheid

[HansL]

Zou je de stabiliteit rond top as en dwarsas niet kunnen 'kwantificeren' aan de hand van de posititie van het drukpunt (zijnde het geometrisch zwaartepunt) van de neerwaardse projectie en de zijwaardse projectie van het vliegtuig tov het zwaartepunt?


Als je de afstand van die beide projecties uitdrukt als een afstand die gelijk is aan een aantal maal de koorde van de vleugel tov de respectievelijke projecties van het zwaartepunt krijg je een indicatie van de stabiliteit van je toestel langs de respectievelijke as.


Heel stabiele toestellen (langs één of beide assen) hebben dan een afstand tussen de respectievelijke projecties van zwaartepunt en drukpunt die bijv. 8 tot 10 keer de vleugelkoorde is (bijv. trainers of zweefvliegtuigen)
Onstabiele toestellen hebben dan een afstand tussen de respectievelijke projecties van zwaartepunt en drukpunt die bijv. maar 2 à 3 keer de vleugelkoorde is (bijv. acro/3D toestellen).


Verder denk ik dat er ook een duidelijk onderscheid gemaakt moet worden tussen stabiliteit (vermogen tot autocorrectie bij ongewilde externe invloeden - wind- of 'storingen') en manoevreerbaarheid (mate van reactie op stuurbewegingen).
Grote stuurvlakken hoeven niet per definitie tot extreem grote manoevreerbaarheid te leiden (bijv. pendelstabilo bij zwevers: groot stuurvlak met kleine uitslagen), relatief kleinere stuurvlakken kunnen aanzienlijke manoevreerbaarheid teweegbrengen bij heel grote uitslagen (bijv. 60°).


Een toestel met een grote staartvin en lange staart, maar met een heel klein richtingsroer en kleine uitslag is zeer stabiel maar uiterst weinig manoevreerbaar (waarligt de grens? wanneer wordt het niet meer manoevreerbaar of eigenstabiel?)
Een toestel met een relatief kleine staartvin en korte staart, maar met een heel groot richtingsroer en grote uitslag is weinig stabiel (waar ligt de grens? wanneer wordt het onstabiel of oncontroleerbaar?) maar - zolang het niet oncontroleerbaar wordt - heel goed manoevreerbaar...

 

[DirkSchipper]

Ik hoop dat je de Franse taal beheerst. Lees dit eens.
Dit is ook heel boeiend.

Als je eens googled op "stability xflr5 drela" .... vindt je nog veel meer.



Bij stabiliteit gaat het altijd om een evenwichtssituatie in een krachtenspel. Er wordt onderscheiden:

• stabiel evenwicht
• instabiel evenwicht
• meta-stabiel evenwicht

In een plaatje (over statische stabiliteit):

• indifferent evenwicht

Daarnaast is er een onderscheid tussen statisch en dynamisch evenwicht:

• Voor een statisch evenwicht geldt dat de resultante van alle optredende krachten leidt tot handhaven van de situatie (een naar beneden hangende slinger van een klok),
• voor een dynamisch evenwicht geldt dat een verandering van de beweging leidt tot terugkeer naar de situatie van voor die verandering.

Twee voorbeelden van een statisch stabiel en dynamisch instabiel evenwicht:

• een vliegtuig dat op de duikproef reageert met nog steiler duiken:
  Door stuuracties van de piloot is zo'n vliegtuig zeer wel in een rustige vlucht te krijgen, en zolang er niets gebeurt (windvlaag, aanvallende vogel) blijft de kist rustig voortvliegen (statisch stabiel). Maar zodra de kist door een turbulentie iets gaat duiken, gaat hij duiken, harder, nog meer duiken, ... (dynamisch instabiel)
• een vliegtuig dat op de duikproef reageert met zeer sterk corrigerend gedrag (up):
  Door een windvlaag of stuuractie gaat een kist down. Daardoor gaat hij harder. Laat je de knuppels los dan corrigeert de kist zeer krachtig, té krachtig. Hij gaat met de neus zoveel omhoog dat hij teveel snelheid kwijt is voor hij weer vlak ligt. Hij overtrekt, gaat weer duiken, ..... Ook hier was de kist statisch stabiel en dynamisch instabiel.

Andere vormen van dynamische instabiliteit zijn: de Dutch roll, en de neiging om een bocht steeds sterker in te draaien, dan wel juist eruit te draaien.

Naast statische en dynamische stabiliteit is er nog iets dat op stabiliteit lijkt: inertie. Een speelgoedbootje kun je gemakkelijk een zetje geven en van richting/snelheid veranderen. Bij een zeiljacht gaat dat al wat moeilijker, en bij een olietanker lukt je dat pas na een week onafgebroken duwen ... Kortom iets met veel massa is moeilijker uit koers te krijgen.

Alledrie deze vormen van stabiliteit spelen een rol bij hoe prettig wij deze of gene kist ervaren.

Dirk

 

[HansL]

Beelden zeggen meer dan woorden...

Zijaanzicht en bovenaanzicht van een fictief en vereenvoudigd model (projecties) en in elke projectie ook positie zwaartepunt en positie drukpunt.

Zwaartepunt ligt voor beide projecties op dezelfde afstand tov de neus (langs de langsas). Drukpunten liggen meestal niet op dezelfde afstand tov de neus (langs de langsas) omdat de geometrie van boven en zijaanzicht verschillend is.

Drukpunten moeten per definitie achter zwaartepunt zitten om stabiel te zijn (zie principe windvaan/windhaan). Hoe groter de afstand tussen zwaartepunt en drukpunt, hoe stabieler. De afstand tussen het zwaartepunt en de drukpunten (eventueel uitgedrukt als een aantal keer de vleugelkoorde) is een maat voor de stabiliteit (1,5 x koorde is minder stabiel dan 5 x koorde).

 

[HansL]

Daarnaast is er een onderscheid tussen statisch en dynamisch evenwicht:

• Voor een statisch evenwicht geldt dat de resultante van alle optredende krachten leidt tot handhaven van de situatie (een naar beneden hangende slinger van een klok),
• voor een dynamisch evenwicht geldt dat een verandering van de beweging leidt tot terugkeer naar de situatie van voor die verandering.

Twee voorbeelden van een statisch stabiel en dynamisch instabiel evenwicht:

• een vliegtuig dat op de duikproef reageert met nog steiler duiken:
  Door stuuracties van de piloot is zo'n vliegtuig zeer wel in een rustige vlucht te krijgen, en zolang er niets gebeurt (windvlaag, aanvallende vogel) blijft de kist rustig voortvliegen (statisch stabiel). Maar zodra de kist door een turbulentie iets gaat duiken, gaat hij duiken, harder, nog meer duiken, ... (dynamisch instabiel)
• een vliegtuig dat op de duikproef reageert met zeer sterk corrigerend gedrag (up):
  Door een windvlaag of stuuractie gaat een kist down. Daardoor gaat hij harder. Laat je de knuppels los dan corrigeert de kist zeer krachtig, té krachtig. Hij gaat met de neus zoveel omhoog dat hij teveel snelheid kwijt is voor hij weer vlak ligt. Hij overtrekt, gaat weer duiken, ..... Ook hier was de kist statisch stabiel en dynamisch instabiel.

Andere vormen van dynamische instabiliteit zijn: de Dutch roll, en de neiging om een bocht steeds sterker in te draaien, dan wel juist eruit te draaien.

Naast statische en dynamische stabiliteit is er nog iets dat op stabiliteit lijkt: inertie. Een speelgoedbootje kun je gemakkelijk een zetje geven en van richting/snelheid veranderen. Bij een zeiljacht gaat dat al wat moeilijker, en bij een olietanker lukt je dat pas na een week onafgebroken duwen ... Kortom iets met veel massa is moeilijker uit koers te krijgen.

Alledrie deze vormen van stabiliteit spelen een rol bij hoe prettig wij deze of gene kist ervaren.

Dirk

Over statische stabiliteit heb ik het onlangs nog gehad in dit draadje ivm uitbalanceren. Dat is me dus bekend.
[169258] zwaarte-punt-vinden-middendekker-3

Als je het over dynamisch evenwicht hebt dan heb je het over tijdsgerelateerd gedrag. Dat zou je dat kunnen benaderen via de systeemdynamica met zgn. massa-veer-dempersystemen of 2de orde systemen. Daar zit meteen ook die inertie in opgenomen. Dat gaat echter veel te ver omdat je dan een hele hoop parameters moet gaan berekenen die niet op een eenvoudige manier te bepalen zijn. Het was ook niet m'n bedoeling om zover te gaan.

Er bestaat dus een vrij eenvoudige manier om alvast de statische stabiliteit te bepalen. Je hebt er alleen de positie van het zwaartepunt voor nodig en de geometrie van boven en zij-aanzicht.

Overigens leveren fabrikanten van eletromotoren ook alleen meer static thrust data... geen dynamische data. Het lukt de meesten van ons om een goeie setup te kiezen enkel en alleen op basis van deze statische data.

Een hypothese die uit de bovenstaande benadering ivm statische stabiliteit volgt is: wanneer je zwaartepunt, drukpunten, liftkrachten en aangrijpingspunt van de trekkracht van de motor (in geval van gemotoriseerd vliegen) op 1 lijn hebt, je al heel dicht bij een 'neutraal vlieggedrag' komt...

 

[Peter Den]

Beste Hans, je basis uitgangspunt is in grote lijnen wel juist maar een veel te grove afbeelding van de werkelijkheid.
Oftewel; was het maar zo simpel: gelukkig niet en daardoor ook veel interessanter.:smile:

De vlakke meetkundige projectie voldoet niet omdat de aerodynamische effectiviteit buiten beschouwing wordt gelaten. Daarbij komt dat deze ook nog niet lineair is maar verandert met de invalshoeken van de verschillende vlakken.
Een uitgebreidere afweging van de relaties voor langsstabiliteit (over de dwars-as dus) geven de verschillende zwaartepunt berekenings-programma’s waar o.a. het profiel ook een rol in speelt, echter, en wel speciaal bij modelvliegtuigen, geven die maar een indicatie van optimale zwaartepunts-ligging en stabiliteitsfactor die in de praktijk nog behoorlijk kunnen afwijken.

Stabiliteit over de top-as en langs-as: daar gelden in nog grotere mate een paar vuistregel formuletjes voor omdat hier de effectiviteit van de oppervlakken nog moeilijker is vast te stellen.

Belangrijke ‘’Joker’’ in dit geheel is dan ook nog eens het gedrag bij overtrekken en bijna overtrekken.

Andere complicerende factor is nog eens dat de mate van stabiliteit over alle drie de assen elkaar sterk beïnvloeden en het hele beeld aanzienlijk kan veranderen: denk aan wat rolstabiliteit en richtingsstabiliteit bij een spiraal doet met je langsstabiliteit.
Denk aan wat er met het hele tuigje gebeurt bij enkelzijdige overtrek.

Verder is het ook een misverstand om simpel te denken: minder stabiel=grotere wendbaarheid en grotere roeren/uitslagen aan langere machtsarmen=grotere wendbaarheid en vise-versa.
Al met al een boeiend wespennest waar je je in begeeft, maar niet zo simpel terug te brengen naar eenvoudige basisformuleringen.

 

[HansL]

Beste Hans, je basis uitgangspunt is in grote lijnen wel juist maar een veel te grove afbeelding van de werkelijkheid.
Oftewel; was het maar zo simpel: gelukkig niet en daardoor ook veel interessanter.:smile:

Ik heb ook nooit beweerd een mathematisch juist model te willen aanreiken. Het gaat em hier over een vrij eenvoudig te bepalen indicatie van de stabiliteit. Het levert een aantal mensen misschien een iets beter inzicht in de (statische) stabiliteit en hoe die te beïnvloeden is

Al met al een boeiend wespennest waar je je in begeeft, maar niet zo simpel terug te brengen naar eenvoudige basisformuleringen.

Die vereenvoudigde benaderingen zijn bij de eerste ontwerpideeën al voldoende om de beslissing te nemen of het iets wordt of niet... Je hebt dan gewoon weg niet de tijd en ook niet voldoende gegevens om volledig mathematisch juiste modellen op te stellen.

Ik gebruik deze techniek trouwens al een tijdje bij m'n zelf ontworpen/gebouwde vliegtuigen. Vooral de indoor depron profiel toestellen die ik de laatste tijd gebouwd heb (en nog zal bouwen) lenen zich er toe om op een snelle en eenvoudige manier de statische stabiliteit te berekenen...

Deze bijvoorbeeld:
[168621] depron-indoor-dubbeldekkertje-35-cm-spanwijdte

1 rekenbladje met wat coordinaten van de geometrie van bovenaanzicht en zijaanzicht en de positie/gewichten van de verschillende componenten (je hebt zelfs niet eens een 2D of 3D tekenprogramma nodig) volstaat voor een volledige bepaling van zwaartepunt en drukpunten...

 

[DirkSchipper]

Dan zou ik verder ook niet moeilijk doen en deze hulpmiddeltjes gebruiken:

• SailplanCalc V-tail
• SailplaneCalc Crusiform-tale

Ontwikkeld door/met behulp van/ gebaseerd op de kennis van Mark Drela. Nadeeltje: het is op zwevers gericht. Ik weet niet in hoeverre het bruikbaar is voor andersoortige vliegtuigen (motorkisten).

Een kwartiertje invullen en je weet veel over de te verwachten stabiliteit. Een avondje puzzelen en je hebt een kist flink ge-optimaliseerd.

Dirk.

 

[Peter Den]

Die vereenvoudigde benaderingen zijn bij de eerste ontwerpideeën al voldoende om de beslissing te nemen of het iets wordt of niet... Je hebt dan gewoon weg niet de tijd en ook niet voldoende gegevens om volledig mathematisch juiste modellen op te stellen.

Daar kan ik het zeker wel mee eens zijn: als de mate waarin je je er in wilt verdiepen voor jou werkt en voldoende is, is dat natuurlijk prima.
Temeer omdat een zuiver theoretische benadering ook niet bij voorbaat werkt.
Verder: modelvliegen is vergevingsgezinder dan dikwijls gedacht wordt: het vliegt al gauw wel aardig tot gewoon ok op basis van wat gevoel en ervaringsinzicht.
Indoor-profieltoestellen zijn daarbij natuurlijk bij uitstek geschikt om eens iets te proberen.
Wel is het zo dat als het gaat om de puntjes op de i bij bijvoorbeeld zwevers of grotere acrotoestellen waarbij het meer op finesse en het verschil tussen aardig vliegen en echt goed vliegen gaat, dan is het de moeite om wat dieper inzicht te krijgen.
Maar ook dan speelt zich veel meer af in de sfeer van aanklooien en expirimenteren dan dat direct even een optimale kist uit formuletjes komt rollen.
Het is het verschil wat je dikwijls op de vele Youtube filmpjes van beginners ''maiden'' vluchtjes ziet met daarachter het opgewonden kommentaar: hij vliegt goed he.
Een kritische beschouwer ziet echter alleen maar dat het vliegt, wat op zich natuurlijk al een wondertje is, maar ''goed''?

 

[HansL]

Daar kan ik het zeker wel mee eens zijn: als de mate waarin je je er in wilt verdiepen voor jou werkt en voldoende is, is dat natuurlijk prima.
Temeer omdat een zuiver theoretische benadering ook niet bij voorbaat werkt.
Verder: modelvliegen is vergevingsgezinder dan dikwijls gedacht wordt: het vliegt al gauw wel aardig tot gewoon ok op basis van wat gevoel en ervaringsinzicht.
Indoor-profieltoestellen zijn daarbij natuurlijk bij uitstek geschikt om eens iets te proberen.
Wel is het zo dat als het gaat om de puntjes op de i bij bijvoorbeeld zwevers of grotere acrotoestellen waarbij het meer op finesse en het verschil tussen aardig vliegen en echt goed vliegen gaat, dan is het de moeite om wat dieper inzicht te krijgen.
Maar ook dan speelt zich veel meer af in de sfeer van aanklooien en expirimenteren dan dat direct even een optimale kist uit formuletjes komt rollen.
Het is het verschil wat je dikwijls op de vele Youtube filmpjes van beginners ''maiden'' vluchtjes ziet met daarachter het opgewonden kommentaar: hij vliegt goed he.
Een kritische beschouwer ziet echter alleen maar dat het vliegt, wat op zich natuurlijk al een wondertje is, maar ''goed''?

Ik vlieg bijna 20 jaar fixed wing... M'n tweede toestel ooit was zelf ontworpen en daarna zijn er nog een aantal gevolgd. Van alles wat ik tot nu toe gevlogen heb zal zowat 1 op 3 zelf ontworpen zijn (het ene al met meer succes dan het andere, dat geef ik toe )

Indoor depron toestellen hebben de mogelijkheid tot snel experimenteren alleen maar makkelijker gemaakt dat klopt. Er gelden echter wel wat specifieke regels voor omwille van de heel lage vliegsnelheden.
<edit> ik ben het overigens niet met je eens dat indoor toestellen minder geraffineerd zouden zijn... moet je ns een F3P toestellen bekijken op een wedstrijd. Dat is echt op de limieten werken qua gewicht, stijfheid, ...

Ik ben daarenboven ontwerpingenieur van opleiding. Zoek al heel wat jaren naar eenvoudige en snelle evaluatietools die niet tot 7 cijfers na de komma exact hoeven te zijn, maar wel een indicatie geven (die onderbouwd is).

 

[Richard Branderhorst]

HansL,

Soms weet ik niet of ik bewondering voor je moet hebben om in een wereld waar veel zaken technisch uitgekristalliseerd zijn, toch een nieuwe benadering te zoeken. Of dat je als een Don Quichote zinloos werk zit te zoeken.
Ik bedoel dit niet negatief, maar het wordt dan meer een discussie op een discussie, zonder veel te bereiken als proberen je stellingen te ondergraven.

Zoals Peter ook al schrijft is stabiliteit een uiterst complexe zaak, met allerlei cross-invloeden, het is in feite het gehele vlieggedrag.
Vrijwel altijd moeten er, ondanks een goed ontwerp, aanpassingen gevonden worden in een of meer snelheids/beladings bereiken als gevolg van ervaringen en metingen in de testvliegfase. En dan nog komen er soms zaken om de hoek kijken, die pas in de gebruiksfase te voorschijn komen, door een specifieke omstandigheid zoals een bepaalde belading, meteorologische omstandigheden etc.
Een beruchte was de instabiliteit van de F18, die onder bepaalde omstandigheden in een flat spin (falling leaf) kon vallen en er niet of zeer moeilijk uit te halen was. Moest gecorrigeerd worden, nadat de kist al ruim operationeel vloog.
http://www.aem.umn.edu/~AerospaceControl/V&VWebpage/Papers/AIAALin.pdf

Peter schrijft ook dat modelvliegen vaak wat minder nauwkeurig luistert. Heb je het gevoel dat de kist iets te sloom is op zijn elevator, hup, je verzet een K-link een gaatje hoger (meer uitslag per graad van je stick) en je hebt het opgelost. Met een supersonische jager kom je daar niet zo snel mee weg.

Wil je je echt verdiepen in deze complexe materie dan kan ik je van harte dit boek aanraden:
Airplane Stability and Control - Cambridge Books Online - Cambridge University Press
Hoe complex de zaak is: kijk naar de lijst met honderden referentie publicaties die gebruikt zijn: 20 pagina's! Dat geeft aan dat er een oerwoud aan onderzoeken over deze materie gedaan is en dat er ongelofelijk dapper gezocht is naar handvaten waarop je in de ontwerpfase gebruik van kunt maken om een voorspelling te kunnen doen van het vlieggedrag. Helaas, er is geen "cheap way out" in dat gebied.

Van daaruit zeg ik dat het misschien wat naïef is te denken een "gouden formule" te vinden die makkelijk te gebruiken is, ook al was het "maar" voor modelvliegtuigen. Die hadden we anders al lang geweten.

Maar ga gerust door hoor, je leert altijd wel weer van een discussie....

 

[ron van sommeren]

Airplane Moments of Inertia
Sometimes understanding the moments of inertia of a model airplane can help you make it fly better.
rcadvisor.com/airplane-moments-inertia

 

[HansL]

HansL,
Soms weet ik niet of ik bewondering voor je moet hebben om in een wereld waar veel zaken technisch uitgekristalliseerd zijn, toch een nieuwe benadering te zoeken. Of dat je als een Don Quichote zinloos werk zit te zoeken.
Ik bedoel dit niet negatief, maar het wordt dan meer een discussie op een discussie, zonder veel te bereiken als proberen je stellingen te ondergraven.

Zinloos is het in ieder geval niet... Na analyse van een paar gelijkaardige modellen weet je tenminste waar de drukpunten ong. moeten liggen om een model te hebben met min of meer vergelijkbaar vlieggedrag (enkel gebaseerd op statische stabiliteit). En vooral hoe het ontwerp moet gewijzigd worden om die drukpunten op de juiste plaats te krijgen.

Deze methode komt trouwens uit een reeks van artikelen uit Hobby Bulletin uit de jaren '70 ivm het ontwerp van modelraketten. Daar wordt ze aangereikt om de statische stabiliteit van een modelraket te bepalen. Eén van de grote vragen is daar: Hoe groot moeten de staartvinnen zijn om een stabiele raket te krijgen? Het antwoord vind je dus met de bovenstaande benadering.
Blijkbaar werkt ze dus voor modelraketten, waarom zou ze dan niet voor vliegtuigen werken?

Als ontwerper ben ik getraind om voorbij de grenzen te kijken. Specialisten durven de eenvoud van de dingen al eens uit het oog te verliezen. Alle bovenstaande links zullen zonder twijfel interessant zijn, maar voor mij als ontwerper veel te complex en dus onbruikbaar.

Van daaruit zeg ik dat het misschien wat naïef is te denken een "gouden formule" te vinden die makkelijk te gebruiken is, ook al was het "maar" voor modelvliegtuigen. Die hadden we anders al lang geweten.

Nogmaals, niet de bedoeling om een mathematisch juist model te bouwen. Enkel een evaluatie- en ontwerptool.

 

[DirkSchipper]

Ik vind het een moedig en loflijk streven om naar zo'n eenvoudig model te zoeken waarmee de de stabiliteit grof kunt voorspellen, maar ik vermoed (weet eigenlijk wel zeker) dat je niet de eerste bent. Ik heb dus mij twijfels over je slagingskans, maar laat je daardoor niet tegenhouden. Als het je boeit en op een voor jouw leuke manier op de hobby houdt, moet je het zeker doen.

Iemand die al heel veel heeft gezocht naar 'tip n tricks' is Berrie. Onnoemelijk veel discussies en zoektochten heeft hij gehouden op Nederlandse, Duitse en Engelse forums.
In dit berichtje uit een reageert hij op een stabiliteitsprobleem, en ik denk dat hij het gewoon goed samenvat.

Kortom: voor het grove idee kunnen de 'tips n tricks' een richtlijn geven. Zodra het een tikkie subtieler wordt moet je echt de materie induiken, of trial'n error toepassen.

Desalniettemin blijf ik je zoektocht wel volgen. Jij zou maar eens de oplossing vinden en ik die missen ... ;-)

Dirk

 

[TC01]

Hans, laat je vooral niet tegenhouden door alles wat hier aangedragen wordt.

Zonder iemand voor zijn kop te stoten, maar de theorie en de praktijk liggen soms heel ver uit elkaar. Vele geleerden kunnen alleen nog maar in hun eigen aangeleerde vakje kijken en werken, Out of the box denken lukt hun niet meer, vandaar dat ze dan ook op een gegeven moment niet meer verder komen. Pas als ze weer leren om buiten het potje te plassen komen ze weer verder en leren ze weer iets bij en wij ook............

 

[HansL]

Iemand die al heel veel heeft gezocht naar 'tip n tricks' is Berrie. Onnoemelijk veel discussies en zoektochten heeft hij gehouden op Nederlandse, Duitse en Engelse forums.
In dit berichtje uit een reageert hij op een stabiliteitsprobleem, en ik denk dat hij het gewoon goed samenvat.

Bij Berrie gaat de discussie verder dan alleen statische stabiliteit. Zover wil ik niet gaan en hoeft ook niet - zoals hierboven terecht werd aangehaald - omdat trail and error best wel tot verdere optimalisatie kan leiden.

Dat deze benadering wel degelijk fysisch onderbouwd is bewijst - in zijn meest elementaire vorm - het principe van de windvaan:
Een (homogeen) rechthoekig plaatje dat kan draaien om z'n geometrisch zwaartepunt werkt niet als windvaan (indifferent evenwicht). Door het assymetrisch te maken werkt het plots wel als wind vaan (omdat het geometrisch zwaartepunt verschuift weg van de draaias). De afstand die het geometrisch zwaartepunt verschuift is een maat voor de statische stabiliteit... Die afstand kan je dus perfect berekenen.

Wat als dat draaipunt nu eens het zwaartepunt zou zijn van een modelvliegtuig met een staartvin en stabilo?

Ik ga zelfs nog een stapje verder: in 2D (of 3D) tekensoftware kan je dat geometrisch zwaartepunt onmiddellijk opvragen. Maar dat hoeft niet.
Zet de coordinaten van de projecties uit op mm papier. Zet ze in een rekenblad en giet er de volgende formules over...

Centroid - Wikipedia, the free encyclopedia bijna onderaan 'Centroid of a polygon'

Werkt perfect kan ik uit eigen ondervinding stellen.

 

[ron van sommeren]

... Blijkbaar werkt ze dus voor modelraketten, waarom zou ze dan niet voor vliegtuigen werken? ...

Een raket is veel simpeler dan een vliegtuig: hij vliegt niet en hij is radiaal-symmetrisch. Dat zal de benadering voor raketten behoorlijk vergemakkelijken. Alhoewel, er zijn ook raketten die horizontaal moeten gaan, qua boem en zo en dus wel vliegen. Hmmmmm, pieker, peins en dergelijke.

 

[ron van sommeren]

Zou je de stabiliteit rond top as en dwarsas niet kunnen 'kwantificeren' aan de hand van de posititie van het drukpunt (zijnde het geometrisch zwaartepunt) van de neerwaardse projectie en de zijwaardse projectie van het vliegtuig tov het zwaartepunt? ...

Drukpunt is toch waar de lift aangrijpt? Of is het het punt waar alle aerodynamische krachten aangrijpen?

edit: of bedoelde je drukkingspunt? (had ik nog niet van gehoord):
https://nl.wikipedia.org/wiki/Drukkingspunt

Geometrisch zwaartepunt heeft alleen betrekking op verdeling van oppervlakken (r·ΔA), of volumes, (r·ΔV)), niet op verdeling van massa over die oppervlakken (r·Δm).

 

[HansL]

Voor zover ik me nog herinner uit m'n studies nog even dit over dynamische en statische stabiliteit (zonder al te diep in de details te gaan, dan moet in een hele cursus herschrijven).

In de studie van de dynamica van tweede orde systemen is bekend dat de dempingscoëfficiënt evenredig is met de dempingsconstante, maar ook de buigstijfheid/flexibiliteit van de constructie en de inertie zijn bepalend voor de dempingscoëfficiënt


De waarde van de dempingscoëfficiënt van het bestudeerde systeem bepaalt het gedrag bij uitoefening van een externe invloed:
Als de dempingsconstante
(A) >1 krijg je een overgedempt systeem
(B) =1 krijg je een kritisch gedempt systeem
(C) <1 krijg je een ondergedempt systeem
(D) = 0 krijg je een ongedempt systeem

Zie ook Tweede-ordesysteem - Wikipedia
en http://people.mech.kuleuven.be/~pslaets/courses/automatisering/2ordesysteem_student.pdf)
(deze laatste behandelt lineair mechanische systemen, maar dezelfde logica geldt voor mechanische rotatieve systemen en zelfs electrische systemen. Alleen wordt massa dan inertie en capaciteit (C), veer wordt rotatieveer en spoel (L), en demper wordt rotatiedemper of weerstand (L))


In mensentaal:
(A) de demping is zo groot dat er veel tijd overgaat voor het systeem z'n nieuwe positie bereikt
(B) de demping is zo dat het systeem zo snel als mogelijk naar z'n nieuwe positie gaat zonder doorschot of oscillatie
(C) De demping is klein waardoor het systeem eerst doorschiet of zelfs oscileert op weg naar z'n nieuwe positie
(D) Theoretisch geval: de demping is zo klein dat het systeem rond z'n nieuwe eindpositie blijft oscilleren

Voor dynamisch systemen met de snelst mogelijke reactietijd streeft men dus naar een dempingscoëfficiënt van 1 (geval B)

Bij statisch stabiele systemen streeft men naar een tegenwerkend koppel dat zo groot mogelijk is (hoe groter, hoe stabieler). Dit tegenwerkend koppel is rechtstreeks gerelateerd aan de dempingsconstante en dus de dempingscoëfficënt van het dynamische gedrag. Het risico bestaat dus dat overmatig statisch stabiele systemen overkritisch dynamisch gedempt zijn (geval A) en dus maar heel traag hun nieuwe eindpositie bereiken.

Volgens mij zou dus in de discussie van Berrie - raar maar waar - of het oppervlak van het stabilo moeten verkleinen of de stabilo arm moeten verkorten (en niet het omgekeerde) omdat het systeem dynamisch overkritisch gedempt is. Het duurt lang voordat het toestel bij een verstoring opnieuw z'n eindpositie bereikt. Zonder daarbij statisch onstabiel te worden uiteraard.

Statisch weinig stabiele systemen lopen dan weer het risico een dynamisch systeem op te leveren met een dempingscoëfficiënt kleiner dan 1, met een ondergedempt dynamisch gedrag als gevolg (oscillatie)

De formule om de dempingscoëfficiënt te berekenen bestaat alleen is het bijna onmogelijk om op een eenvoudige manier de parameters te bepalen die daarvoor nodig zijn. Daarom heeft het dus weinig zin om een dynamische analyse te willen maken (tenzij je er heel veel onderzoek aan wil en kan spenderen)

@ron
Ivm de statische stabiliteit kan je het drukpunt (geometrisch zwaartepunt van een 2D vorm) beschouwen als het aangrijpingspunt van de krachten (al is het een benadering!) Aangezien het om een 2D vorm gaat (massaloos) heeft het ook zin het geometrisch zwaartepunt als aangrijpingspunt te kiezen.
<edit> 'drukkingspunt' bij nader inzien... die wikilink is precies waarover het gaat.. statisch evenwicht

 

[HansL]

Volgens mij zou dus in de discussie van Berrie - raar maar waar - of het oppervlak van het stabilo moeten verkleinen of de stabilo arm moeten verkorten (en niet het omgekeerde) omdat het systeem dynamisch overkritisch gedempt is. Het duurt lang voordat het toestel bij een verstoring opnieuw z'n eindpositie bereikt. Zonder daarbij statisch onstabiel te worden uiteraard.

In dat draadje is dus blijkbaar wat anders aan de hand...

 

[DirkSchipper]

De formule om de dempingscoëfficiënt te berekenen bestaat alleen is het bijna onmogelijk om op een eenvoudige manier de parameters te bepalen die daarvoor nodig zijn. Daarom heeft het dus weinig zin om een dynamische analyse te willen maken (tenzij je er heel veel onderzoek aan wil en kan spenderen)

.... <edit> 'drukkingspunt' bij nader inzien... die wikilink is precies waarover het gaat.. statisch evenwicht

Zoals je in het draadje over de ASH31 hebt kunnen lezen was daar sprake van een statisch evenwicht, en toch een probleem. Een statisch evenwicht is helemaal niet zo moeilijk te bereiken. Niet voor een zwever (middels hoogte-trim) en voor een motorkist nog minder, want daar hebben we naast de hoogte-trim ook nog eens een motor ter beschikking. Dat is ook wat ik regelmatig zie en zelf ervaar (ik vlieg uitsluitend zwevers): tijdens de maiden is een redelijk ervaren piloot binnen no time in staat om een statisch stabiele kist te creëren. Beetje trimmen, als je de verschijnselen kent, weet je precies wat te doen, en klaar is kees ...

Maar dan begint het pas (alhoewel het voor velen helaas daar ophoudt) dan ga je kijken naar de dynamische stabiliteit: duikproef, ZW-punt beter leggen, ...
Ja, en daarmee proberen we zo dicht mogelijk in de buurt van die dempingfactor=1 uit te komen (want dat betekent vlot reageren op stuurcommando's, en zonder doorschieten naar de gewenste stand toe).

Die SailplaneCalc Excel-sheets zijn al een heel fraai voorbeeld van vereenvoudigde formules om de stabiliteit te beoordelen, en een evt. ontwerp daarop aan te passen. XFLR5 heeft sinds een paar (sub)versies daarvoor ook de hulpmiddelen (en aangezien jij duidelijk hebt gemaakt dat je die materie ooit rekenkundig hebt gehad/beheerst, moet jij daarmee redelijk vlot uit de voeten kunnen.
Ook dat Franstalige document over het ontwerp van de Genoma geeft al heel veel aanknopingspunten over waarop te letten om goede stabiliteit te bereiken.

Ik zou denken dat je al die materie eerst eens goed bestudeert. Dan weet je in ieder geval al welke fouten anderen hebben gemaakt, wat doodlopende wegen zijn, en hoef je niet tegen het eind van je project te ontdekken dat je het wiel hebt uitgevonden na veel en hard werk, en je dan ontdekt dat eingelijk alles er al was, behalve de luchtband ....

Maar goed, een deel van de hobby kan natuurlijk zijn: kan ik het wiel ook zelf, zonder hulp, uitvinden? Als het je daarom te doen is: prima, daar kun je inderdaad veel lol aan beleven (en dat meen ik, niet sarcastisch bedoeld!). Maar dan heb je het wel over iets wat dit forum ver te buiten gaat. Enne ... zonder hulp is: zonder forum. ;-)