作者Engine (喇赛兼噜小)
看板NTUAviation
标题手掷机的设计和调整.最终版
时间Fri May 31 00:58:03 2002
要了解手掷机的性能如何分析,首先,从观察手掷机的飞行行为开始,然後
分析出掌握飞行性能的指标,最後才能从气动力外型,动力学行为等提出设计的
理念和方向。<-----这段是重点,千万不要当做废话....(呵呵..)
从手掷机的飞行轨迹来看,可以分成数个阶段:
1.接近圆弧的爬升
2.鱼钩弯(或是叫垂直蛋....反正就是顶点的曲率较大)的轨迹进入投掷的最高点
3.翻转180度正面向上,进入盘旋轨迹
4.稳定的下滑角度和速度,直到飘到地面
这是最佳的手掷机的飞行状态,但是当然不是所有手掷机都能这麽乖巧,以下是几
个常见的问题:
1.爬升不到最高点就在高仰角状态失速,之後进入波浪状的轨迹。
2.超过最高点後不翻转,继续绕圆圈,最後可能绕个数圈,或是接着进入波浪状
轨迹,也可能直接撞到地面,运气好可以在几圈或几个波浪後稳定下来。
3.虽然在最高点翻滚,但是下降的轨迹是波浪状,有时看不到波浪状,直接俯冲
地面。
4.虽然可以稳定的下滑,但是无法翻转,以致於只能用倾斜一个角度的方式投高。
你的飞机是不是属於里面的清况呢?
以上除了4.外,都是投掷的人的技巧问题(投掷的技巧後述),所以不要先错怪了
你的飞机,然後乱改一堆参数,修改也是必须有系统的来进行的...
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至於投出去就翻滚,或是更夸张的进入螺旋,还是一出手就撞地,请检查稳定面的
大小,刚性,主要气动力面的扭曲情况,重心位置,等等.....
基本上手掷机要在三个轴向都稳定,所以不稳定就别玩了,翻翻书先吧...
比较可能的疏忽是连接尾翼的机身刚性不够,别忘了气弹性问题也会影响稳定性,
所以结构也是不能太软弱,会丢到进入螺旋通常不是垂直尾太小,而是机尾刚性不
足削弱了稳定性的结果。
确定了机体的稳定和刚性都能承受你的手劲後,以下的分析才有意义。
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首先我们从最讨厌的波浪状飞行着手:
"一架能稳定下滑的飞机,必须满足速度稳定的状态,且速度约等於失速速度。"
飞行稳定就是要力平冲,也就是满足飞机没有净加速度的情况,从升力的公式
可以看出升力和速度平方呈正比,所以要使升力能平衡重力,速度就必须恒定。
如果有人说,升力和攻角、翼剖面也有关,这是没错的,事实上这就是我们凡
是飞机都要求要先天稳定性的目的,也就是说,稳定性使得攻角在一般情况下
是恒定的。
速度等於失速速度的原因是因为此时升力等於重力。(所以才平衡)
回到问题本身,要如何使速度固定?
基本上这个问题可以用能量来看,速度固定等於动能不变,所以阻力消耗的功率
等於位能减少的量,飞机每前进一段距离,高度必须相对应的比例下降,换句话说
就是下降的角度必须正确。
如果高度下降的比理想值快,速度就会提高,使得升力增加,此时力平衡就会破坏,
使得飞机以向上的曲度转弯,当转到正确值时,速度并没有满足而继续爬升,爬升到
正确的速度时,角度又不对了,就是你看到的振荡。
同样的情况发生於速度或角度任一个不满足的状态。
虽然就控制学的观点来说,这是属於负回馈的系统,我们可以期待它短时间内不要发
散(很遗憾的,这是非线性的,我不会解,不知是否会收歛,只知道以橡皮筋飞机的类
似情况下,失速速度很低时会收歛),不过若是任一个变量相差太多,振幅会很大,有
时後就撞进地面了。
要让振幅小一点,可以让失速速度降低来着手。(但是投掷的最大高度会下降)
说了一串...
重点就是,波浪状飞行才是常态,稳定的下滑是一个难得的临界状态,并不是重心
、尾翼或是任何奇怪的理由,而是速度和角度任何一个不满足的情况。
我们能做的改进:
当手掷机在最高点翻转後,就必须以失速速度进入滑翔角,提早翻滚会降低进入的角度
而较晚翻滚会以较大的滑翔角进入,可以利用这样来调整。
要较早翻滚必须在比较徒的角度降到翻滚的速度(是的,翻滚也要特别的速度和角度的
条件,只是没有那麽严格),可以在出手时提高角度来达成(但是速度也要相应的调整)
。
不想太麻烦的用想的话(重点),就试试各种角度出手,每个角度都调整速度到可以翻滚
,总会有一个角度是对的(爆死~^^~)
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再回到问题1.2.4.点
1.就是出手速度太低
2.是出手速度太高
4.是下面要讲的
如何让手掷机有最高点翻滚的特性出现:
除了投掷技巧外,
手掷机翻滚特性出现的分解动作:
1.垂直蛋效应,在最高点时,重力提高了向心加速度
2.爬升造成速度降低,低速使得水平尾翼力矩降低。
3.低速加上大的向心加速度,使得质心的轨迹角速度忽然变的很大。
4.水平尾翼试着产生力矩转动飞机使其接近平行质心轨迹,短时间产生未跟上的
情况。
5.4.的情况造成短时间内滚转轴和风向轴呈负的角度,对飞机的上反角产生滚转
不稳定,飞机试图翻正变成稳定。
6.若负角度的暂态过後,飞机未翻正,则此飞机就回复至滚转稳定态。
上面6.的情况就是为何有些飞机无法翻滚的原因。
要改进这现像,就必须:
1.提高暂态的时间
2.减少滚转的反应时间
提高1.的方法由:
"1.减小飞机的回复力矩(降低纵向稳定性)
2.提高俯仰惯量 "
改进2.的方法则是:
"1.限制展弦比
2.使用尾翼负荷一部分升力"
使用升力尾翼还可以使质量向两边集中,提高俯仰惯量。
这些手法都会降低升阻比,但是一般的手掷机都这样设计,其中的理由是展弦比对
升阻比只有开方的效率,但是用回转爬升的方式,损耗的爬升高度更大。
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以下说明手掷机最佳化的方式:
手掷机最佳化首要满足的条件就是最高点翻滚的特性,其它的特性都是建构於其上。
妥协过的展弦比似乎在5~6之间,隋着机翼的质量有所变动,但仍受限於滚转阻尼。
展弦比被限制,能改进的性能,剩下最大掷高,失速速度,和升阻比。
以滞空为目标的手掷机,性能可以以上的参数表示:
最大掷高*升阻比/失速速度<----这个请自行画图了解
升阻比是可以被单独最佳化(只要你的手掷机做的一向过轻的话,这是满足的,相当容易)
展弦比限制下,使用翼剖面,打磨,并且调整飞机飞行的平衡攻角为最佳值,(不知道攻
角如何对升阻比最佳化的人要再翻书:p)。
比较麻烦的是最大掷高和失速速度是相互冲突的,而掌控这个变动的变量就是
翼面负荷/升力系数
基本上这个值高的,掷高会提高,失速速度会提高,不过高度增的比较快,所以重翼荷
在无风下有利,不过要超过30秒的手掷机,不靠上升气流是没辨法的,所以如果有稳定上
升气流处,那麽就要让下滑率(失速速度/升阻比)低於气流的上升率才有临界的效果,
这部分就相当运气了。
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