f Расчет управляемого шверта
Гонки и путешествия под парусом
Новости Регаты Рулевые Форум Видео Фотоконкурс Справочник

Автор Тема: Расчет управляемого шверта  (Прочитано 18598 раз)

0 Пользователей и 1 Гость смотрят эту тему.

ЗАК

  • Сообщений: 3414
  • Уважуха: +337/-124
  • Андрей Зворыкин М54
Расчет управляемого шверта
« : 29 Января, 2015, 05:39:32 »
Уж не знаю, хорошо это или нет, но человек - существо, несомненно живое. А некоторое время назад можно было подозревать, что еще и разумное. В последнее время, наблюдая за собой и другими, стал сомневаться в разумности вплоть до почти уверенности в обратном. И надо с этим что-то делать уже, а то прям пинцет какой-то. Может, попробовать мозги упражнять? Некоторые считанные индивиды так и делают, ну а мы-то чо? Вот и предлагаю подумать за расчет управляемого шверта для разминки. Я уже начал и не жалею. Не знаю, выльется ли во что-то практическое, но вот навести некоторый порядок на собственном чердаке в части понимания парусника уже удалось и это приятно. А то обидно было бы после черте-какого парусного стажа так и прожить, а потом так и подохнуть дураком к собственному огорчению.

Эта незначительная фиговина - шверт, для своего дурацкого расчета как раз и потребовала наведения общего порядка. Оказывается, шверт не сам по себе, а вместе со всем прочим катамараном. Представляете? ... ...

Так вот, для начала предлагаю решить следующую задачку. Допустим, есть вполне определенный (реальный желательно) или мечтаемый катамаран. Хочется, для любого заданного острого курса отн. истинного ветра, расчитать угол установки к ДП конкретного шверта (профиль, площадь, удлинение известны) такой (угол), чтобы катамаран шел без дрейфа. Либо диагностировать, что движение без дрейфа этим курсом с этим швертом невозможно.

Следующая задачка. Всё то же самое, но площадь и удлинение шверта не заданы (задан только профиль) и надо найти их значения (при разумных ограничениях), обеспечивающие максимальную скорость на заданном остром курсе.

Что надо знать для решения этих задачек? А знаючи, что делать? Предлагаю сочинить и описать алгоритмы расчета. Именно алгоритмы, а не ля-ля, не в театре чай. Я уже, но может кто половчей сообразит. Не скрою, что уменя некоторая шизофрения, раздвоение. С одной стороны - хочется вовлечь, а с другой - сачкануть от описания своего алгоритма. Если будет тишина, говорящая об отсутствии интереса к предмету, то нафига ж я буду пыжиться с описанием? А если и без меня все ясно, то и тем более :)

Очевидно, что кроме прочего, надо уметь посчитать основные гидродинамические характеристики шверта заданного профиля - к-ты подъемной силы и лобового сопротивления Су и Сх для заданного угла атаки, удлинения и числа Рейнольдса.  Пока вы будете (или не будете) размышлять о высоких алгоритмах, я займусь служебным расчетом указанных характерисик для выбранного мной профиля NACA 0012. Почему выбрал именно его - не спрашивайте пока ...
"Один ишак ишол, второй ишак ишол и третий ишак ишол и весь караван ишол"

Дымыч

  • Сообщений: 598
  • Уважуха: +32/-9
  • Название: "Вольный"
  • Тип: был "Ветер"
  • Номер: СП-145
Re: Расчет управляемого шверта
« Ответ #1 : 29 Января, 2015, 09:58:40 »
Интерес есть! И убедившись в ветке про формулу, что у форумчан нет стройной теории(или скрывают) управления углом шверта, пришел к следующему алгоритму... Всетаки отбросить влеяние корпусов т
к. они надувные и сопротивление дрейфу у них пренебрежимо. А рассматривая шверт отдельно просто просчетать его на различных режимах обтекания методом численного моделирования(благо это моя профессия ;D), построить регрессионную зависимость нужных функций(лобовое сопротивление, "подъемная" сила....) от угла атаки.
Впринципе стандартный подход по оптимизации геометрии профильной части турбинных лопаток с точки зрения газодинамики.
И по полученым полиномам можно будет управлять( в идеале в автоматическом режиме) углом установки шверта. Но... Дефицит времени пока не закончу оптимизацию усиления рамы и рскрепления шверта к этим расчетам не преступлю...
« Последнее редактирование: 29 Января, 2015, 10:01:46 от Дымыч »

ЗАК

  • Сообщений: 3414
  • Уважуха: +337/-124
  • Андрей Зворыкин М54
Re: Расчет управляемого шверта
« Ответ #2 : 29 Января, 2015, 18:33:10 »
... Всетаки отбросить влеяние корпусов т.к. они надувные и сопротивление дрейфу у них пренебрежимо. А рассматривая шверт отдельно просто просчетать его на различных режимах обтекания методом численного моделирования(благо это моя профессия ;D), построить регрессионную зависимость нужных функций(лобовое сопротивление, "подъемная" сила....) от угла атаки.
Впринципе стандартный подход по оптимизации геометрии профильной части турбинных лопаток с точки зрения газодинамики.
И по полученым полиномам можно будет управлять( в идеале в автоматическом режиме) углом установки шверта.
Это, к сожалению, не алгоритм решения поставленных задач. Допустим, узнали "зависимость нужных функций(лобовое сопротивление, "подъемная" сила....) от угла атаки". И что? А ничего более. Знать эти зависимости от угла атаки надо, конечно. И не только от угла атаки. Но это частная подзадача, которой я обещал заняться в предыдущем своем сообщении применительно к NACA 0012.

Приступим. Имеем атлас авиационных профилей, в котором есть результаты продувки моделей с различними профилями в аэродинамических трубах. Для центрального маятникого шверта нужен симметричный профиль. Для кинжального и шверцов он тоже годится, хотя симметрия для них не обязательна. Возьмем симметричный. Выбрал NACA 0012. На картинках - пример рез. продувки из атласа профилей.

Для этого профиля можнео найти разные результаты продувки - наши в и американские. Стандартное удлинение моделей у нас и в Германии 5, у американ 6. Удлинение влияет на характеристики крыла и требуется наладить расчет характеристик при фактическом удлинении шверта. С этим я, похоже, управился.

Число Рейнольдса (Re) при продувках существенно разное - у американ значительно выше чем у нас - ближе к авиационным условиям. Для швертов наших парусников такие значения Re немыслимы и советские результаты более предпочтительны. Величина Re влияет на характеристики крыла и и может потребоваться пересчет характеристик c продувочного Re на фактическое для конкретного шверта на конкретной скорости. Я пока этим не занимался.
"Один ишак ишол, второй ишак ишол и третий ишак ишол и весь караван ишол"

Кэп Хатанги

  • Сообщений: 3976
  • Уважуха: +207/-192
  • Вячеслав, Екатеринбург
  • Название: "Летучий мышЪ"
  • Тип: Простор(Mod) серийный №00003
  • Номер: Е11
Re: Расчет управляемого шверта
« Ответ #3 : 29 Января, 2015, 18:42:03 »
Кириллыч, извини, что влезаю не совсем по теме. А можешь выложить коэффициенты подъемной силы в зависимости от удлинения?
Меня интересует такой сугубо практический вопрос: насколько проигрывают протяженные по килю малопогруженные "скеги"  нормальному шверту с удлинением 4-5?

ЗАК

  • Сообщений: 3414
  • Уважуха: +337/-124
  • Андрей Зворыкин М54
Re: Расчет управляемого шверта
« Ответ #4 : 29 Января, 2015, 18:50:08 »
Выложу куркулятор, сам посчитаешь. Сейчас перекурю и всё напишу. Но, повторю, заточился под NACA 0012.
"Один ишак ишол, второй ишак ишол и третий ишак ишол и весь караван ишол"

Евгений

  • Сообщений: 4298
  • Уважуха: +178/-71
Re: Расчет управляемого шверта
« Ответ #5 : 29 Января, 2015, 19:24:21 »
.... Сейчас перекурю и всё напишу. ...

что то не то Вы, Андрей Кириллович, курите.
Но тема интересная, вспомнились уроки физики - что из-за разной скорости точек на лопасти, разный шаг и т.д.. Будет очень интересно более глубже этот процесс понять. Ждем-с.

Ёж

  • Сообщений: 3167
  • Уважуха: +126/-96
  • Тяжелая байдарка пр. "Амдерма"
  • Название: Севпростор
Re: Расчет управляемого шверта
« Ответ #6 : 29 Января, 2015, 19:33:11 »
А в чем смысл? Я лично никакого смысла не вижу вообще. Ход без дрейфа там всякий, трали-вали. Если рассматривать все судно в комплексе, то стало быть, дрейф никакого значения не имеет - мы просто поворачиваем на ветер всю лодку целиком, вместе со всеми швертами и рулями - и она идет так как надо. Управляемый шверт решал бы ту же самую задачу, только в конструкции появлялась бы немеряно лишних деталей, надежность падала бы, а сложность управления - возростала.
Везучий чайник www.sevprostor.ru

Евгений

  • Сообщений: 4298
  • Уважуха: +178/-71
Re: Расчет управляемого шверта
« Ответ #7 : 29 Января, 2015, 19:47:50 »
А в чем смысл? .....

когда лодка идет с дрейфом, то она идет не по прямой в ДП, а как бы боком скулой вперед. И получается, что увеличивается лобовое сопротивление.
И чтобы полностью уменьшит влияние дрейфа или этого лобового сопротивления, нужно уваливаться до этого момента. за счет этого увеличивается лавировочный угол.  Умный шверт дает возможность изменяя угол атаки до исчезновения дрейфа без уваливания. Понятно в определнных моментах. Нельзя себя за волосы вытащить из болота.

Дымыч

  • Сообщений: 598
  • Уважуха: +32/-9
  • Название: "Вольный"
  • Тип: был "Ветер"
  • Номер: СП-145
Re: Расчет управляемого шверта
« Ответ #8 : 29 Января, 2015, 20:07:17 »
... Всетаки отбросить влеяние корпусов т.к. они надувные и сопротивление дрейфу у них пренебрежимо. А рассматривая шверт отдельно просто просчетать его на различных режимах обтекания методом численного моделирования(благо это моя профессия ;D), построить регрессионную зависимость нужных функций(лобовое сопротивление, "подъемная" сила....) от угла атаки.
Впринципе стандартный подход по оптимизации геометрии профильной части турбинных лопаток с точки зрения газодинамики.
И по полученым полиномам можно будет управлять( в идеале в автоматическом режиме) углом установки шверта.
Это, к сожалению, не алгоритм решения поставленных задач. Допустим, узнали "зависимость нужных функций(лобовое сопротивление, "подъемная" сила....) от угла атаки". И что? А ничего более. Знать эти зависимости от угла атаки надо, конечно. И не только от угла атаки. Но это частная подзадача, которой я обещал заняться в предыдущем своем сообщении применительно к NACA 0012.

Приступим. Имеем атлас авиационных профилей, в котором есть результаты продувки моделей с различними профилями в аэродинамических трубах. Для центрального маятникого шверта нужен симметричный профиль. Для кинжального и шверцов он тоже годится, хотя симметрия для них не обязательна. Возьмем симметричный. Выбрал NACA 0012. На картинках - пример рез. продувки из атласа профилей.

Для этого профиля можнео найти разные результаты продувки - наши в и американские. Стандартное удлинение моделей у нас и в Германии 5, у американ 6. Удлинение влияет на характеристики крыла и требуется наладить расчет характеристик при фактическом удлинении шверта. С этим я, похоже, управился.

Число Рейнольдса (Re) при продувках существенно разное - у американ значительно выше чем у нас - ближе к авиационным условиям. Для швертов наших парусников такие значения Re немыслимы и советские результаты более предпочтительны. Величина Re влияет на характеристики крыла и и может потребоваться пересчет характеристик c продувочного Re на фактическое для конкретного шверта на конкретной скорости. Я пока этим не занимался.

При всём уважении прокоментирую:
1. Ваш алгоритм повторяет мой.
2. В отличие от моделирования обтекания шверта по кретериям подобия(изложенных в Вашем подходе) прямое численное моделирование обтекания(тем более в области незжимаемой жидкости) дает возможность учесть концевые потери и потери учитывающие прохождение шверта через разделение фаз.
А эмпирика вокруг швертов и прочего парусного ооочень древняя. В отличии от турбостроения исследования видимо давно не публикуются в открытых источниках.
И так в качестве лирики... Проф. юмор :)
Есть поговрка:
"В результаты эксперемента верят все, кроме самого эксперементатора. В результаты расчета не верит ни кто, кроме расчетчика..."

ЗАК

  • Сообщений: 3414
  • Уважуха: +337/-124
  • Андрей Зворыкин М54
Re: Расчет управляемого шверта
« Ответ #9 : 29 Января, 2015, 20:15:24 »
Итак, расчет Су крыла заданного удлинения применительно к конкретному профилю.

В своей книге Владимир Байбаков дает формулу Су=а*2*pi*L /(2+L) для эллиптического в плане крыла без указания на профиль и Re. Здесь а - угол атаки, L - удлинение. Сравнения с данными продувок прямоугольных в плане моделей конкретного профиля показали не слишком высокое согласие, что и не удивительно. Расчет по этой формуле с попр. к-том я использовал при тестировании общей методики расчета шверта, но теперь пришло время его заменить на более точную.

В книге Кравца [A.C.Кравец. Характеристики авиационных профилей] описана методика пересчета характеристик продутой модели в характеристики крыла отличного от модели удлинения для того же значения Re. (Пересчет на фактическое Re - это уже следующий этап.)

Излагать текст Кравца я полностью не буду, только кратко.

Задача вывода формулы типа приведенной Байбаковым решалась в два этапа: на первом реализована научная методика, описанная Кравцом для пересчета со стандартного L=5 на L=2 (полагаю, что это реальный интервал удлинений швертов). Получив таким образом "плечо", расчитал параметры c1, c2 в формуле вида Cy=a*c1*pi *L/ (c2+L). В итоге, для NACA 0012, получилось Сy=a*1.608*pi*L/(1.679+L). Желающие округлять, могут так и поступить. При расчете к-тов я не пользовался МНК-регрессией по всем точкам, а использовал только две точки - 0 и 10 гр. угла атаки, на этом интервале зависимость Су от а практически линейная. Надо подчеркнуть, что все подобные формулы применимы только на докритических углах атаки. И даже жестче - только на линейном участке Су(а), т.е. примерно на интервале 0--10 гр. На больших углах атаки уже начинается частичный срыв обтекания верхней поверхности крыла и график Су(а) начинает постепенно заваливаться, чего подобные формулы учесть не могут.

При разных значениях удлинения одним и тем-же углам атаки соответствуют разные значения Су. Или иначе - одним и тем же значениям Су соответствуют разные углы атаки. Вот именно "иначе" и работает методика Кравца и это, как ни странно, правильно и естественно.

То, что мы называем углом атаки, это "кажущийся" угол атаки. Крыло изменяет направление потока, происходит т.н. "скос потока". Т.е. перед крылом направление одно, а за крылом - другое. А само крыло, можно полагать, находится под воздействием потока некоторого среднего направления. Скос зависит от удлинения крыла и угла атаки. Согласно методике, в значения кажущихся углов атаки при продувке модели известного удлинения вводится поправка за разность углов скоса модели и реального крыла известного удлинения и, таким образом, получается кажущийся угол атаки для реального крыла при том-же значении Су.

Фу, щас калькулятор постараюсь прицепить и написать, что там есть что.
« Последнее редактирование: 30 Января, 2015, 00:00:01 от ЗАК »
"Один ишак ишол, второй ишак ишол и третий ишак ишол и весь караван ишол"