Ontwerp parkflyers

[HansL]

Aangezien hier wel meer berichten worden gepost ivm het zelf ontwerpen van parkflyers is het misschien interessant om wat meer uitleg te geven over een zeer belangrijk verband tussen vleugelbelasting, vliegsnelheid en invalshoek van een vleugel.

De basis van dit verband is terug te vinden in de 'thin airfoil theory'. Een theorie die een benadering voor de lift coëfficient (Cl) oplevert voor zeer dunne profielen. Dus geschikt voor parkflyers met vleugels met een vlak profiel.

Deze theorie geeft de volgende formule:
Cl = 2 * pi * alpha
waarbij
Cl = lift coëfficient
alpha = invalshoek uitgedrukt in radialen

dit geeft volgende lift coëfficiënten voor invalshoeken uitgedrukt in graden:
0°: 0
+1°: 0,11
+2°: 0,22
+3°: 0,33
+4°: 0,44
+5°: 0,55
+6°: 0,66
+7°: 0,77
+8°: 0,88
+9°: 0,99
+10°: 1,10

De link met de vleugelbelasting en snelheid wordt gemaakt via de volgende formule:
vleugelbelasting = 0,5 * liftcoëfficient * dichtheid lucht * vliegsnelheid²

Voor invalshoeken 0 tem +10° (vertikaal, 1ste kolom) en vliegsnelheden 0 tem 10 m/s (horizontaal, 1ste rij) krijg je dan de volgende vleugelbelastingen.


Hoe gebruik je deze tabel nu concreet:
Bereken de vleugelbelasting van je ontwerp: totaalgewicht (inclusief alle onderdelen, vliegklaar) in gr delen door het vleugeloppervlak in dm²
Neem bijv. +/- 10 gr/dm².

In de bovenstaande tabel vind je dus terug:
10,28 gr/dm²: betekent dat de vleugel een invalshoek moet hebben van +6° om een vliegsnelheid van 5 m/s te hebben.

Wil je trager, dan moet de invalshoek van de vleugel in ieder geval groter worden: 9,87 gr/dm² vleugebelasting geeft je een bij een invalshoek van +9° een vliegsnelheid van 4 m/s.

Nog trager vormt een probleem omdat de thin airfoil theory aangeeft dat vanaf +10° je in het overtrek bereik komt. De enige oplossing is dan de vleugelbelasting te verminderen (dus groter vleugeloppervlak of lager gewicht).

Mag de vliegsnelheid hoger dan kan de invalshoek kleiner worden: een vleugel belasting van 10,07 gr/dm² geeft bij een invalshoek van
+3° een vliegsnelheid van 7 m/s.

Hopelijk hebben jullie er wat aan.

 

[HansL]

OK,

die tabel rechtstreeks uit excel kopiëren lukt dus niet... moet ik even op een andere manier proberen.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
1 0,07 0,27 0,62 1,10 1,71 2,47 3,36 4,38 5,55 6,85
2 0,14 0,55 1,23 2,19 3,43 4,93 6,71 8,77 11,10 13,70
3 0,21 0,82 1,85 3,29 5,14 7,40 10,07 13,15 16,65 20,55
4 0,27 1,10 2,47 4,38 6,85 9,87 13,43 17,54 22,20 27,40
5 0,34 1,37 3,08 5,48 8,56 12,33 16,79 21,92 27,75 34,26
6 0,41 1,64 3,70 6,58 10,28 14,80 20,14 26,31 33,30 41,11
7 0,48 1,92 4,32 7,67 11,99 17,26 23,50 30,69 38,85 47,96
8 0,55 2,19 4,93 8,77 13,70 19,73 26,86 35,08 44,40 54,81
9 0,62 2,47 5,55 9,87 15,42 22,20 30,21 39,46 49,94 61,66
10 0,69 2,74 6,17 10,96 17,13 24,66 33,57 43,85 55,49 68,51

 

[TC01]

Je kan dus nog steeds 256 karakters achter elkaar zetten en zo de forum layout verpesten.

Ook gemeld zodat hier iets aan gedaan kan worden, niks persoonlijks trouwens.

 

[Psygho (Emil)]

Even wat verandert...
Graag weer verder ontopic...

Bedankt, emil, mod

 

[Bert]

Leuk om al die theoretische beschouwingen te volgen, maar in de praktijk werkt het even anders. De veel gebruikte vlakke plaat profielen waar de shockfyers mee vliegen kennen geen overtrek gedrag. Ze kunnen onder elke hoek van 0 tot 90 graden gewoon vliegen en er is geen punt voelbaar waar het gedrag veranderd. Er is alleen een heel geleidelijk traject waarover je steeds meer gas moet geven om in de lucht te blijven, totdat het model hovert. Ook spelen er nog andere zaken een rol zoals de moedwillig gekozen hoge geinduceerde weerstand van de vlakke plaat in combinatie met grote, vaste, luchtremmen, waardoor je extra gas moet geven om te vliegen. Dit betekent dat de relatief grote propellor een belangerijk deel van de vleugel aanblaast. Tevens is goed te merken dat bij hogere invalshoeken een belangerijk deel van de lift direkt van de motor komt daar deze langzaam aan steeds meer verticaal komt te staan.

 

[Luppie]

Misschien moet je even een printscreen van die tabel maken en dan plaatsen als een foto.
Ik maak bijna al mijn parkjets van eigen ontwerp of gedeeltelijk eigen ontwerp.
Wat ik hieruit heb geleerd is dat het gewicht (gr/dm) heel hoog kan zijn maar nog steeds een goed vliegend vliegtuig hebt. Het gewicht gaat toch vaak in een dikke motor en accu zitten waardoor je met het vermogen wel de snelheid haalt om goed te vliegen.

Ze kunnen onder elke hoek van 0 tot 90 graden gewoon vliegen en er is geen punt voelbaar waar het gedrag veranderd. Er is alleen een heel geleidelijk traject waarover je steeds meer gas moet geven om in de lucht te blijven, totdat het model hovert.

Dit is zeker niet waar want ik heb weinig vliegtuigen die dit kunnen. De meesten zijn dan ook met duwpropjes. Maar de vorm en het vliegtuig bepaald het meest of je "high alfa" kunt en misschien zelfs op de prop staan. Dit lukt alleen als je vector trust hebt.

 

[HansL]

Leuk om al die theoretische beschouwingen te volgen, maar in de praktijk werkt het even anders. De veel gebruikte vlakke plaat profielen waar de shockfyers mee vliegen kennen geen overtrek gedrag. Ze kunnen onder elke hoek van 0 tot 90 graden gewoon vliegen en er is geen punt voelbaar waar het gedrag veranderd.

Bert,
deze beschouwing is enkel geldig voor horizontale vlucht.
Het 3D vliegen van onze shockies is heel wat anders.

Het feit dat je gas moet bijgeven is volgens mij het bewijs dat dergelijke profielen wel overtrekken. Zou je geen gas bijgeven dan stalt zelfs een shockflyer. Voor een bepaalde vleugelbelasting bestaat er een vliegsnelheid en bijhorende invalshoek. Maak je de invalshoek groter dan de invalshoek bij stall dan moet de snelheid omhoog. Of de invalshoek voor overtrekken 10° of meer is van minder belang. Het blijft overigens maar een theorie (die enkel geldig is voor oneindig dunne vleugels en oneindig langde vleugels).

Het verschil met shockflyers - of 3D kisten in het algemeen - is dat we voor deze modellen zoveel vermogen ter beschikking hebben dat we het toestel zelfs hangend aan z'n prop in de lucht kunnen houden (thrust-weight ratio >> 1). Bij die zeer grote invalshoeken is er van vliegen eigenlijk geen sprake meer. De vleugel zit ver boven overtrek, en toch valt ie niet naar beneden. Omdat er dus genoeg vermogen is om het gewicht "zonder vleugels" in de lucht te houden.

Ik was trouwens aanwezig in Mons en laatst in Zevenbergen, heb op zondag Peter (BEL) geassisteerd bij het jureren ;-)

 

[HansL]

Wat ik hieruit heb geleerd is dat het gewicht (gr/dm) heel hoog kan zijn maar nog steeds een goed vliegend vliegtuig hebt.

Het is maar wat je verstaat onder goed natuurlijk.
In ieder geval betekent een hoge vleugelbelasting een hoge vliegsnelheid. Parkjets die een relatief klein vleugel oppervlak hebben vliegen dus altijd snel (daar zijn ze ook voor bedoeld). Een zwaar toestel met hele grote vleugels kan dus ook traag vliegen.

Dit is zeker niet waar want ik heb weinig vliegtuigen die dit kunnen. De meesten zijn dan ook met duwpropjes. Maar de vorm en het vliegtuig bepaald het meest of je "high alfa" kunt en misschien zelfs op de prop staan. Dit lukt alleen als je vector trust hebt.

De vorm heeft op zich weinig met high alpha te maken. Vermogen en een groot hoogteroer met grote uitslagen hebben alles met high alpha vliegen te maken.

Met een klein hoogteroertje met hele kleine uitslagen kan je nooit op hele korte tijd de invalshoek van de vleugel in het high alpha bereik brengen.
Zonder vermogen hou je een toestel nooit in het bereik van de grote invalshoeken. Je vliegt dan eigenlijk bijna niet meer, op dat moment hou je je toestel in de lucht zoals een heli in de lucht blijft, voor een groot deel op de trekkracht/duwkracht van je prop/EDF.

 

[HansL]

De reden waarom ik dit hier aanhaal: ik lees hier wel vaker dat iemand een zelf ontworpen vliegtuigje heeft gemaakt (en dat is net het leuke van de hobby), maar als je dan de specificaties ziet dan weet je meteen dit zal nooit echt goed vliegen (bijv. 60 cm spanwijdte met een gewicht van 150 gr),

Een parkflyer/indoor toestel met een vleugelbelasting van 15 gr/dm² vliegt immers zo snel dat je hem nooit in een gymzaal van 45 x 25 m kan vliegen. 10 m/s betekent dat je 4 (en een halve) seconden hebt tussen de muur links en de muur rechts. Als je dan als piloot bijna geen ervaring kom je dus van een kale reis terug.

Met de bovenstaande beschouwingen is het ook meteen duidelijk waar je rekening mee moet houden: vleugelbelasting en invalshoek. En het blijft uiteraard maar theorie, maar levert tenminste concrete waarden op.

 

[robertboxhoorn]

verder dan een flat vleugelprofiel word clark y veel gebruikt. is daar ook zo'n simplele berekening voor? dat je bijvoorbeeld door de lift iets invalshoek er af kan trekken?

 

[HansL]

verder dan een flat vleugelprofiel word clark y veel gebruikt. is daar ook zo'n simplele berekening voor? dat je bijvoorbeeld door de lift iets invalshoek er af kan trekken?

Normaal gezien wordt de liftcoëfficiënt in functie van de invalshoek uit een grafiek afgelezen. Deze grafieken worden experimenteel (door metingen in windtunnels) opgesteld.

Voor het clarky profiel bestaat dus ook zo'n grafiek. Even googlen.

In onderstaande link vind je onderaan p. 7 een lijstje met de liftcoëfficiënten voor het clark-Y profiel voor invalshoeken van 0 tot +9°.

http://www.mvco.nl/uploads/documenten/vliegen%20en%20modelvliegen.pdf

Je merkt dus dat een clark-Y profiel hogere Cl waarden oplevert voor eenzelfde invalshoek (tot +7°). Concreet wil dit dus zeggen: bij dezelfde snelheid, invalshoek (tot +7°C) en vleugeloppervlak kan het clark-Y profiel door z'n assymetrische vorm dus een hoger gewicht dragen. Of nog, eenzelfde vliegtuig zal trager vliegen met een Clark-Y profiel dan met een vlakke plaat bij dezelfde invalshoek.

 

[Luppie]

Die tabel is zeker een handig hulpmiddel. Nu ging ik nog uit van vliegtuigen (vleugeloppervlak) van mij die goed vliegen bij de gewenste snelheid die ik met het nieuwe model wil halen. Als het gewicht dan toe neemt met factor 2 dan ging bij mij het vleugel oppervlak ook x2.

Problemen die ik dan altijd krijg is dat ik niet te veel tijd in het ontwerp wil steken voor dat ik aan de bouw begin zodat gewicht en zelf het vleugel oppervlak wel eens kan variëren van de eerste "berekening". Maar goed met zo veel nattevingerwerk heb je soms een handdoek nodig om de boel droog te maken.

en soms gaat het dan mis na maanden knutselen maar dat hoort bij deze bouwstijl.
Dit tabelletje kan dus goed helpen bij de start van een project.