V souvislosti s plánovanou stavbou velké polomakety větroně jsem pátral po vhodných profilech a přitom narazil na zajímavý rozbor z pera Marka Drely (RCSD-2004-06 str. 25-26). Při návrhu křídla větroně pracujeme s profily, půdorysem a zkroucením.
Od větroně chceme, aby měl:
- Dobrou pronikavost
K dobré pronikavosti (klouzavost) a případně slušné startovací výšce (typicky u házedel, ale třeba i u RESek startujících gumicukem) je potřeba, aby se při zmenšování úhlu náběhu součinitel vztlaku snižoval k nule plynule po celém rozpětí. Zároveň musí profil po celém rozpětí zůstávat v odporové prohlubni poláry (skokové zmenšení odporu v oblasti malých součinitelů vztlaku – viz třeba tento obrázek). - Dobré vlastnosti při kroužení
Pokud má být model odolný proti přetažení při úzkém kroužení, musí se součinitel vztlaku směrem ke konci křídla zmenšovat, profil na konci křídla by měl být odolnější proti přetažení. Komplikuje to malé Reynoldsovo číslo v důsledku zúžení křídla. - Minimální opadání
Hledáme minimální indukovaný odpor. Za předpokladu omezeného rozpětí, je ideální eliptické rozložení vztlaku (průběh součinu hloubky a součinitele vztlaku by měl eliptický). Dvěma krajními případy jsou:- Konstantní hloubka, eliptický průběh vztlaku se dosáhne zkroucením – vynikající pro (2), hrozné pro (1).
- Eliptický půdorys, konstantní součinitel vztlaku (ploché, nezkroucené křídlo a stejný profil podél rozpětí) – OK pro (1), špatné pro (2).
Základním kompromisním řešením je:
- Stejný profil po celém rozpětí, nulové zkroucení a půdorys s koncem křídla širším, než by odpovídalo elipse. To je téměř ideální pro (1), dobré pro (2) a nejméně výhodné pro (3).
Modifikace tohoto základního řešení jsou:
- Ztenčení koncového profilu při zachování prohnutí i nulového zkroucení křídla. To je výhodné pro (2), neboť kompenzuje nižší Re číslo na konci a obvykle poskytuje větší lokální maximální součinitel vztlaku. Na druhé straně ztenčení profilu zmenšuje odporovou prohlubeň, což může zhoršovat (1). Součin hloubky a součinitele vztlaku zůstává stejný, takže (3) je beze změny. Pozn.: profil s menší tloušťkou se jeví více prohnutý, i když se ve skutečnosti prohnutí nezměnilo.
- Hloubka konce křídla se oproti „jednoduchému“ řešení s širším koncem křídla podle (a) mírně zúží, a přidá se negativ. Zatížení křídla může být při takové úpravě téměř eliptické, což svědčí zejména (3). Na druhé straně, (2) zůstává nedotčené, ale (1) může utrpět, pokud je negativ příliš velký.
- Hloubka konce křídla se zmenší stejně jako podle (c), ale prohnutí profilu se namísto negativu zmenší . To je výhodné pro (1) na úkor (2). Výhoda pro (3) je stejná jako v případě (c).
Možnosti (b), (c) a (d) lze vzájemně kombinovat podle toho, co od modelu chceme. Pro model do větrného počasí nás asi nebude zajímat minimální opadání, model nebude létat při maximálním součiniteli vztlaku, takže si vystačíme s křídlem podle možnosti (a). Naproti tomu model do slabých podmínek bude těžit z kombinace (b) a (c). Ve variantě (d) může být křídlo ploché a tudíž stavebně jednodušší.
Tolik tedy pan Drela (v mém překladu).
Je zima, období, v němž se nelétá, nýbrž staví. Pokud si chcete navrhnout a postavit svůj model, mám následující důrazné doporučení: určete si předem, co od modelu chcete, kterou vlastnost upřednostníte na úkor jiné. Třeba už jen na prvním místě uvedená pronikavost může být důležitá pro start na gumicuku, ale méně významná pro elektru. Výše uvedené postačuje pro povšechnou orientai, lepších výsledků lze samozřejmě dosáhnout výpočtem v programu XFLR5 nebo AVL.
Polomaketa má půdorys křídla daný velkou předlohou, nejlépe mi vychází na konci křídla profil ztenčený s mírným negativem (tj. asi (b) a (c).
A na konec trochu inspirace, jde to i bez koleček 🙂
Tímto jsem vyčerpal zásobník nápadů, o čem jsem chtěl psát. Příště už bude zase článek o stavbě modelu.
Honza
14.12.2024