Zwaartepunt VTPR model met symetrisch profiel

[Peter Den]

Momenteel ben ik een poging tot een VTPR modelletje (leFrog) aan het bouwen met een symmetrisch profiel (MG05) en in het stadium dat een uitgangszwaartepunt vastgesteld moet worden.
Nu gebruik ik daarvoor het programma Schwerpunkt52.
Als ik hier bijvoorbeeld een profiel invoer met zeer lichte welving krijg ik een zwaartepunt bij bv Cl 0.5 op 54mm (koorde185mm) wat plausibel lijkt.
Bij het symmetrische profiel is er echter iets merkwaardigs: het programma geeft voor alle Cl waarden een zwaartepunt op 47mm en voor alle Cl een gelijke (hoge) stabiliteitsfaktor.
Dit zal het gevolg zijn van de theoretische drukpunt vastheid van het profiel, maar toch vind ik dit vreemd.
het dilemma blijft, omdat het verschil toch wel aanzienlijk is.
Iemand hier iets zinnigs over?
(Overigens schat ik in dat een setup gebaseerd op Cl 0.5 een goed uitgangspunt is voor zo'n model?)

 

[Rick NL]

Het gedrag dat je beschrijft komt inderdaad door het profiel dat vanwege haar symmetrie drukpuntsvast is. Samen met de methode van Schwerpunkt52.

Ik heb als dynamische piloot nooit lekker kunnen werken met een programma als Schwerpunkt52
Het lijkt er op dat de bepalig gebaseerd is op de theorie van Quabeck die hij in een van zijn eerste boeken heeft geponeerd en waarop ik zeer veel kritiek heb. Het probeert voor iedere vliegconditei een zwaartepunt te bepalen waarbij de weerstand van het stabilo minimaal is.
Ten eerste is dat niet de situatie waabij de minimale weerstand van die vliegtoestand wordt bereikt, het is in de praktijk slechts mogelijk voor een klein snelheidsbereik.
Mijn conclusie het is een methode die een foute uitkomst geeft voor stuaties die maar zelden voorkomen in een vlucht van een modelvliegtuig, en zeker dat van een dynamisch vliegend modelvliegtuig.

Voor mij is XFLR5 de methode om stabiliteit, zwaartepunt en instelhoekverschil te bepalen.
Bij een nieuw ontwerp baseer ik me op een gewenst stabilo volume wat een eerste maat is voor de dynamische langsstabiliteit.
Het stabilo volume is (stabiloppervlak x staarthefboomlengte)/(vleugeloppervlak x gemiddelde koorde). Een waarde van 0.35 tot 0.45 is mooi voor dynamiek, 0.45 tot 0.55 voor trainer en/of rust.

De bepaling van zwaartepunt en instelhoekverschil doe ik via de momentenlijn die XFRL5 je kan leveren.
Je moet eerst het neutrale punt bepalen dwz de zwaartepuntsligging waarbij het moment om de dwarsas niet afhankelijk is van de invalshoek en dus van Cl. Vroeger moest je dat handmatig doen in XFLR5 sinds enige tijd geeft het programma na de eerste berekening van een polaire het neutrale punt in mm van de neus van het wortelprofiel.
Dan kies je zelf de stabiliteitsmarge, afhankelijk van je gewente vliegstijl voor dat toestel. Voor F3F kies ik ongeveel 4%, voor een thermiek zwever 10% en voor een kunstvluchtnmodel 0 - 1%. Deze percentages van de gemiddelde aerodynamische koorde komt dan het zwaartepunt vóór he neutrale punt te liggen.
Je instelhoekverschil bepaalt dan je vliegsnelheid en die wil je kiezen bv op basis van minimale daalsnelheid of beste glijhoek of lekkerste vliegen.
Om dat te doen maakje de grafiek van het pitchmoment als functie van de liftcoëfficiënt en doet dat met verschillende waarden van het instelhoekverschil. Je ideale instelhoekverschil is dan die waarde waarbij het pitchmoment door nul gaat bij de gewenste Cl waarde.

Ik wil wel een keer een soort van handleiding schrijven met voorbeelden en die hier plaatsen.

 

[Rick NL]

Nog even wat verdere overwegingen.
In het programma Schwerpunkt52 lijkt het dat voor ieder ontwerp en voor iedere Cl (ca in het duits) er een ander correct zwp, ewd en stabiliteismarge is. Dat is niet juist, vor iedere Cl is er een hele range van die punten, en de vlieger heeft een keuze.
De ligging van het neutrale punt ligt vast door de geometrie van het vliegtuig, (dwz alle maten in bovenaanzicht) en is (99.99%) onafhankelijk van je profielkeuze. Je hebt dan een keuze van de stabiliteitsmarge afhankelijk van je gewenste vlieggedrag, van lui tot ADHD.
Dit legt je zwaartepunt vast. Onafhankelijk van je profiel, met of zonder welving, maakt niks uit.

Het instelhoekverschil bepaalt dan je vliegsnelheid met handen van de knuppel.
Het instelhoekverschil is wél afhankelijk van je profiel, tenzij je het betrekt op de nul-lift lijn van je profiel want dan is dat óók onafhankelijk van je profiel.

PS die genoemde 99,99% komt omdat eea niet geheel opgaat voor zowel heel erg dikke profielen als wel voor profielen zonder turbulatoren in het allerlaagste gebied van Reynolds getallen.

 

[Peter Den]

@Rick NL Zeer bedankt voor je antwoord!.
Helaas geen enkelvoudig receptje maar dat kon ik verwachten:
Eigenlijk is dat nog steeds een aantrekkingskracht in het modelvliegen voor mij: je denkt iets redelijk te snappen maar dan is er toch altijd weer ruimte voor verdieping.
Dus ik heb weer wat huiswerk te doen, thnks, zal daarna hierop terugkomen.
Tot dusver voldeed Schwerpunkt82 mij wel: het leverde steeds modellen op die (ogenschijnlijk) bijna direct goed in hun afstelling lagen.
Wel viel me op dat er steeds nogal grote stabilo's uitkwamen ofwel dat bestaande gerenommeerde modellen dikwijls een onverwacht lage stabiliteitsfactor hadden.

Ik wil wel een keer een soort van handleiding schrijven met voorbeelden en die hier plaatsen.

Dat zou natuurlijk heel mooi zijn, maar durf ik eigenlijk niet van je te vragen: Ik ga zelf voorlopig XFRL5 eens nader bekijken.

IK moet trouwens wel mijn tijd een beetje verdelen: ben drie modellen tegelijk aan het bouwen en daar moet ook de gang in blijven.

 

[Peter Den]

Inmiddels moet ik toegeven dat XFRL5 nog even een brug te ver is voor mij.
(Vooral ook omdat mijn computer aangeeft dat ie niet met dit programma uit de voeten kan.)
verder: Ik heb nog steeds niet de kans gehad om LeFrog proef te vliegen, dus daar geen conclusies.

Wel een nieuw probleem: ik zie toch steeds bekende standaardmodellen (thermiekzwevers) die veel kleinere stabilo's hebben dan dat ik verwacht. volgens het receptje van Rick:

(stabiloppervlak x staarthefboomlengte)/(vleugeloppervlak x gemiddelde koorde).

Zo heeft bijvoorbeeld een Allegro-Lite een stabilovolume van 0,34 wat wel zeer dynamisch uitpakt(?)
Daarentegen heb ik een enigszins buiten de orde RES kist die qua opzet de dimensies heeft van een hele conservatie oude bak, maar daar kom ik toch steeds op een heel groot en onpraktisch stabilo uit als ik het stabilovolume een beetje normaal wil houden.
Hoe kan het dat meerdere kisten toch wegkomen met kennelijk een veel kleiner stabilovolume: dat zou mij ook constructief veel beter uitkomen?
Overigens ter info aan @Rick NL : ik ervaar met deze kist inclusief belachelijk groot stabilo dezelfde duikproblemen als Arthur L, jouw bekend meen ik.

 

[Rick NL]

Misschien is die aanbeveling van 0.35 tot 0.45 voor dynamiek en 0.45 tot 0.55 voor rust niet juist geformuleerd. Vooral niet helemaal volledig, als je dat al zou kunnen zijn.

Ten eerste, waarvoor hebben we een stabilo.
1. Het levert stabiliteit van het toestel bij een vleugel die geen eigen stabiliteit heeft.
2. Het levert de mogelijkheid invalshoek van de vleugel te sturen zonder de liftprestaties van die vleugel negatief te beïnvloeden.

We kunnen vliegen zonder stabilo, met een vleugel die van nature stabiel is door toepassen van een profiel met een S-slag en/of door toepassing van pijlstelling in combinatie met tipverdraaiïng. In deze gevallen zal wanneer méér lift gewenst wordt door de uitslag van de roeren aan de achterrand van de vleugel de liftprestaties van de vleugel afnemen.

Terug naar het stabilo, en dan eerst de stabiliteits aspekten.
Een vleugelprofiel met S-slag heeft bij normale vliegtoestanden een positief moment zodat bij toenemen van de snelheid de invalshoek positiever wordt, de snelheid zal daardoor afnemen. Dit levert stabiliteit en er is geen stabilo nodig voor een stabiele vlucht.
Een vleugelprofiel met welving heeft een negatief moment, bij toenemen van de snelheid zal er een groter duikmoment ontstaan en het toestel gaat, als er geen stabilo is, sneller vliegen. Een gewelfde vleugel is instabiel. Door een stabilo toe te voegen welk onder een kleinere invalshoek vliegt dan de hoofdvleugel zal een positieve stabiliteit kunnen ontstaan.

Je kunt je uit deze observaties voorstellen dat een vleugel met heel weinig welving maar een klein stabilo nodig heeft, terwijl een vleugel met veel welving een veel groter stabilo nodig heeft.
Wanneer bij een vleugel met veel welving een te klein stabilo wordt gebruikt kan bij lagere snelheden een stabiele vlucht ontstaan, maar als de snelheid toe neemt en de vleugel een erg groot negatief moment opwekt zal een te klein stabilo niet meer de (negatieve) liftkracht kunnen opwekken en zelfs (negatief) kunnen overtrekken. Dit noemen we ondersnijden en kan ook bij een voldoende groot stabilo optreden wanneer de hoogteroer servo te zwak is. Dit laatste is mij eind 80'er jaren met een electromodel overkomen.

Modellen met vleugelprofielen met weinig welving (en zonder flaps die ook welving geven) zoals vele modernere RES modellen zullen dus met een vrij klein stabilo toekunnen. Inderdaad modellen als de Allegro die een stabilo volume heeft van 0.33 - 0.36 afhankelijk van de verschillende versies.

Toestellen met meer gewelfde profielen in hun vleugels, en daarmee ook die met flaps, zullen een groter stabilo nodig hebben om onder alle condities het stabiele evenwicht te kunnen behouden.

Bij vrije vlucht modellen zien we enerzijds flink tot heel erg gewelfde profielen én het feit dat de modellen niet door een piloot geholpen kunnen worden om bij een verstoring snel weer terug te gaan naar een rustig stabiel vluchtbeeld. Bij deze modellen worden stabilo volumes gebruikt van 1.0 tot 1.6 of soms zelfs meer!

Besturing.
Om een vliegtuig langzamer te laten vliegen moeten we de invalshoek vergroten. Dus een positief moment creëren. Bij een vliegende vleugel moeten we het stuurvlak aan de achterrand van het profiel omhoog zetten waardoor tevens de lifteigenschappen van het profiel slechter worden, we kunnen dus nooit efficient héél langzaam vliegen met een vliegende vleugel.
Bij een toestel mét stabilo zal de lift kracht die het stabilo opwekt negatiever moeten worden als we langzamer willen vliegen of willen optrekken. Dit kan zonder dat de lift eigenschappen van de vleugel slechter worden. Sterker nog, we kunnen als we flaps hebben deze wat naar beneden uitslaan om de lift eigenschappen te verbeteren (snapflap).
Wanneer we erg wendbaar willen zijn, en dus veel snapflap toepassen en snel van vliegtoestand willen veranderen zijn flinke stabilo krachten nodig. Om deze efficiënt op te wekken zien we bij F3F in ieder geval een trend naar wat meer stabilo volume om de liftcoëfficiënten en daarmee de weerstand van het stabilo beperkt te houden. Waar enige tijd geleden 0.4 à 0.42 normaal was zien we nu vaker 0.44 à 0.46.

Conclusie?

Bij modellen zonder flaps die profielen gebruiken met weinig welving, die niet agressief gevlogen worden, en wel zichtbaar op lift mogen/moeten reageren zul je met vrij kleine stabilo volumes toe kunnen. Deze modellen zullen de lucht goed 'lezen'.

De grootte van het stabilo volume mag omhoog als:
- De modellen met profielen met veel welving zijn uitgerust.
- Bij toestellen met flaps.
- De modellen agressief gevlogen moeten kunnen worden.
- De modellen als op rails moeten vliegen zonder stuurinput.
- Een grote mate van eigenstabiliteit moet hebben (beginner en b.v. vrije vlucht).

 

[Peter Den]

@Rick NL

Ten eerste zeer bedankt voor je uitgebreide antwoord.

Zoals je het beschrijft leek/lijkt het karakter van mijn laatste kist Squares-4 erg op het ondersnijden.

De enige contra-indicatie met je verhaal is dat het profiel vrij vlak is (vind ik) nl AG25

(Ik kan niet over de situatie van A spreken maar het is wel opmerkelijk dat we allebei in eenzelfde periode op dit probleem stuiten)

Mocht het je interesseren de maten van deze kist zijn:

Vleugel oppervlak 50dm2 koorde 25cm

afstand voorkant vleugel voorkant stabilo: 72,5 cm, oppervlak stabilo 7,8dm2 (54,0x14,5)

Bij de eerste doorzettende duiken (en crashes) werd ook flutter geconstateerd, dit is inmiddels verholpen door een flinke centrale torsiebox alsnog in de vleugel te bouwen.

Het duikgedrag is hierna veel verbeterd door het zwtpnt verder naar voren te leggen (volgens Schwerpunkt82 vlieg ik nu bij Ca 0.9), maar hij heeft nog steeds een hele lange amplitude nodig om uit een snelle duik te herstellen.

Opvallend en wel in lijn met je verhaal is dat bij een korte (lagere snelheid) overtrek het herstel vrij normaal is.

Het verhaal simpel lezend zou het er op neer komen dat het stabilo toch nog flink wat groter zou moeten, maar ik stuit erg op constructieve grenzen: of het wordt heel slap (is het nu al) en/of heel zwaar.

NB: deze kist is een expirimentje om het effect van lage slankheid te ondergaan en een grotere oppervlakte binnen 2mtr te realiseren dan gebruikelijk.

 

[Rick NL]

Ik zou eerder denken aan een nog steeds té torsie slappe vleugel, die dus bij hogere snelheden negatief verdraait.
Let er ook op dat bij een vaste spanwijdte en variabele koorden het stabilo volume in stabilo oppervlak maal pook lengte met het kwadraat van de vleugelkoorde omhoog moet gaan.
Je ziet dit omdat (vleugel oppervlak x koorde) = (vleugelspanwijdte x koorde in het kwadraat).

 

[Peter Den]

Dat is snel!
De verdenking (door mijzelf ) van een te torsie slappe vleugel is wat mij betreft niet meer aan de orde: door de torsiebox en bekleden van de tippen met (niet light) oracover is de vleugel nu erg stijf (ook naar het oordeel van omstanders als Hans Schw.) het stabilo vind ik overigens zelf wel (te) slap, dat is wat mij betreft in dit opzicht wel een verdachte.

Je ziet dit omdat (vleugel oppervlak x koorde) = (vleugelspanwijdte x koorde in het kwadraat).

Ja dat had ik wel door, maar alles blijft dus wijzen op een noodzakelijkerwijze groter stabilo/langere pook.
En laat ik dit nu net een heel vervelende consequentie vinden (gewicht en ook torsiestijfheid van de romp)
Nieuw dilemma is ook: ik wil experimenteren met een All flying stab op een Drela v- mount, maar of ik dat aandurf met een stabilo van bv 9dm2 ?

 

[Rick NL]

Ik heb ven een ruwe schets gemaakt van je ontwerp. 200x25 vleugel 54x14.5 stabilo en 72.5 voorlijst-voorlijst.
Op het oog zou ik eerder de pooklengte groter maken dan het stabilo oppervlak vergroten. Met je VV achergrond moet dat toch goed te bouwen zijn.

Je dillema komt vooral door een wat 'ongewone' keuze van de vleugelslankheid voor zo'n model.

 

[Peter Den]

Je dillema komt vooral door een wat 'ongewone' keuze van de vleugelslankheid voor zo'n model.

Dat klopt, en de verrassing was dat het gewicht en stijfheid van de staart een veel grotere rol speelt in de constructie dan ik had verwacht..
Ik denk wel dat ik uiteindelijk toch ga uitkomen op een herbouw van de romp (langer maar daardoor ook langere neus ter compensatie)
Ik heb het idee dat het nog steeds een aardige kist kan worden.

 

[Peter Den]

De lading van de titel dekt niet meer waar ikzelf dit draadje naar heb laten ontsporen: mochten er belangstellenden zijn dan heb ik hier:
http://www.modelbouwforum.nl/threads/squares-serie-en-stabiliteitsprobleem.258610/
het vervolg gepost.

 

[Peter Den]

On topic:

Eindelijk gelegenheid gehad om het kistje uit de starttopic (LeFrog) te vliegen, een klein verslag van de bevindingen.

Gisteren was het uitstekend weer aan de Maasvlakte 4 a 5 BF.

Nog steeds niet gelukt omXFRL5 geïnstalleerd te krijgen maar ben vertrokken met een zwaartepunt op 50mm en aldus het spul met enige nervositeit van de richel gegooid.

Verrassend: vloog direct zonder nadere trimming goed tot heel goed.

Algemene indruk: dit gaat een hele leuke kist worden met VTPR potentie.
De verbeteringen dienen dus meer aan de vliegvaardige kant te gebeuren dan nu direct aan dit kistje.

Dit modelletje is er een in een flinke rij om een leuk 1.20m hellingkistje te maken met uiteindelijk VTPR ambitie.

Begonnen met een min of meer versie van een RidgeRunt die steeds door vervanging van rompen en vleugels door evolueerde.

Deze versie is veruit de beste.

Voor de geïnteresseerden: tegelijkertijd hebben Fred en ik een MicroQuark gebouwd die tegelijkertijd hun eerste vlucht vlogen.

Mijn bedoeling was om deze te gebruiken als referentie voor LeFrog en meer inzicht in het VTPR gebeuren.

De MicroQuark van Fred was overigens op gewicht(de wit met rode), de mijne (geel paars)nogal overgewichtig (30gr/dm).

Fred is redelijk tevreden met de zijne, ikzelf dus niet.

Ik vond beide kisten, maar vooral de mijne erg tegen tipovertrek met bijbehorend schudden/schommelen en wegvallen aan zitten.

Uiteindelijk resulteerde dit in een ongecontroleerde spiraalduik en een kleine schade maar vooral een niet lekker gevoel bij het vliegen.: op de een of andere manier blijft het toch een kist van een ander die ik niet vertrouw.

Ben niet van plan met de microQuark door te gaan: het zou best kunnen dat hij meer kans verdiend, maar ik word er maar niet blij van.

Ik ben weer eens in mijn overtuiging gesterkt dat rechte vleugels prettiger vliegen en tevens dat voor dit soort kisten een synmetrisch profiel geen slechte keus is.

Moet natuurlijk nog meer ervaring met dit kistje opdoen, dus dit alles is een zeer voorlopige observatie.

LeFrog

MicroQuark