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

Автор Тема: Расчет управляемого шверта  (Прочитано 17205 раз)

0 Пользователей и 1 Гость смотрят эту тему.

Никанор Воронежский

  • Сообщений: 8148
  • Уважуха: +232/-300
  • Анша Абдуль
  • Название: Торнадо был.
  • Тип: Сейчас Ямаха ттр-250
Re: Расчет управляемого шверта
« Ответ #50 : 03 Февраля, 2015, 15:50:24 »
Никанор, тут как раз можно особо голову не ломать. Не то чтобы рассчитать, но оценить - как и для рулей - http://parusanarod.ru/work/calc/helmcalc.htm
Т.е. считая что на полном ходу лодка с опущенным швертом въезжает в какое-нибудь боковое или циркуляционное волновое течение, которое меняет угол атаки так, что коэф. направленной поперек пластины шверта подъемной силы становится максимально возможным, что-то ~1,2. Грубо говоря - как если бы на всем ходу развернуть шверт поперек потока, выдержит он и крепление такое издевательство или нет. Еще предлагалось ориентироваться по размеру максимально возможного момента откренивания (когда он достингнут, лодка переворачивается и, соотв., нагрузка на шверт пропадет :)  - но эта оценка будет верна только если нагрузка растет медленно. А изменение угла атаки из-за разных течений мгновенное, еще из-за инерции баллон с экипажем приподняться не успеет, а шверт уже хряснет "об воду".
Я это все знаю ;D похожий расчетный случай для крыла, используют авиамоделисты. То есть считают что опора крыла жесткая. Но эта методика на практике делает невозможным создание шверта для быстроходного катамарана. То есть я считаю что по этой методике большой переизбыток прочности получается. Например для торнадо выходит 4500кг. на шверт.
А такую нагрузку даже двутавр 10 не выдержит. Да что двутавр. Корпус по полам порвет.
Но при этом по опыту я знаю, что даже шверт из цельной бак фанеры для торнадо избыточен. Так как он то же быстрее крпус разломает чем треснет.
« Последнее редактирование: 03 Февраля, 2015, 16:00:16 от Никанор Воронежский »

ЗАК

  • Сообщений: 3682
  • Уважуха: +330/-120
  • Андрей Зворыкин М54
Re: Расчет управляемого шверта
« Ответ #51 : 04 Февраля, 2015, 05:43:22 »
Короче, не нужно ничего, кроме элементарной теории парусника, всеми многократно читанной и школьной математики. А кайф в том, чтобы это читанное по диагонали стройно выстроить и осознать сознанием ума. И от этого станет приятно в душе. А не хотите - как хотите.
Ну это совсем не интересно. Тогда все сводиться к уравнению тяга, скорость, сила дрейфа...
На ленинскую не тянет...
И вообще. Может я буду несколько резок. Но не считаю эту задачу актуальной. Вот расчитать бы нагрузки (максимальные) на шверт. Вот тут голову можно долго ломать...
На Ленинскую никак не тянет. Вот неумение произвести не слишком сложный расчет тянет на перевод с парусного флота на галеры. ... В цепи заковать. И чтобы огромный потный басурман кнутом охаживал. Какая сладостная картина! И чтобы заставил дипломы сожрать, а запить не дал. И в тырнет не пущал, чтобы аццкая ломка. А клавиатуру чтобы показывал, но тулько ручки-то к ней потянутся - а он кнутом, кнутом, а клавой (военной Совецкоко производства) - прям по балде! "Гаджет захотел? А вот те гаджет!"

А теорию парусника презирать за то, что "элементарная" не стоит. Её выводы абсолютны и никогда не нарушаются. Не умеют. Цифирки неверные можно, конечно, подставить. Но теория незыблема, поскольку элементарная. А задачку решить попробуй.  Орден Сутулова получишь.  Я уже получил, ищу куда прицепить - на пузе место крестом занято.

Про влияние Ренольдса на к-ты хотел, да расхотел. Ну её в жопу, эту писанину что-ли?
"Один ишак ишол, второй ишак ишол и третий ишак ишол и весь караван ишол"

Никанор Воронежский

  • Сообщений: 8148
  • Уважуха: +232/-300
  • Анша Абдуль
  • Название: Торнадо был.
  • Тип: Сейчас Ямаха ттр-250
Re: Расчет управляемого шверта
« Ответ #52 : 04 Февраля, 2015, 06:46:57 »
Цифирки неверные можно, конечно, подставить. Но теория незыблема, поскольку элементарная. А задачку решить попробуй.  Орден Сутулова получишь.  Я уже получил, ищу куда прицепить - на пузе место крестом занято.
А я считал все это не раз не два и не десять раз.
Я даже программируемый калькулятор для этого купил. На изнанке которого была таблица в каком порядке какие данные вводить. И прям на прогулке, взбрендившие мысли расчетом проверял. И только поигравшись с этой програмулькой я почувствовал что такое катамаран. И как что влияет. Тогда и понял, что изобрести "новые" размерения катамарана не получиться.
А сейчас это все и волнует меня уже не так, и не надо стало и не интересно как то. Все одно по одному и тому же кругу...
И вообще, кто желание имеет, тот без труда все сам досконально изучит. А кто не имеет, тот так всю жизнь с окраном...
А мне лично, да пожалуй по нагрузке на шверт одно белое пятно и осталось. Все остальное более менее ясно.
« Последнее редактирование: 04 Февраля, 2015, 06:52:44 от Никанор Воронежский »

Никанор Воронежский

  • Сообщений: 8148
  • Уважуха: +232/-300
  • Анша Абдуль
  • Название: Торнадо был.
  • Тип: Сейчас Ямаха ттр-250
Re: Расчет управляемого шверта
« Ответ #53 : 04 Февраля, 2015, 06:57:31 »
Про влияние Ренольдса на к-ты хотел, да расхотел. Ну её в жопу, эту писанину что-ли?
Не помню я что то учет числа Re в расчете шверта. То ли оно в полярах тех в наш диапазон укладывалось, то ли еще что...

ЗАК

  • Сообщений: 3682
  • Уважуха: +330/-120
  • Андрей Зворыкин М54
Re: Расчет управляемого шверта
« Ответ #54 : 04 Февраля, 2015, 20:06:30 »
Так там небось этого учета Re и не было, в твоем расчете, вот и не помнишь. Если там ничего не считали, кроме подъемной силы шверта, то учет Re на глубоко докритических углах атаки и не нужен.
Число Рейнольдса влияет на величину критического угла атаки и, стало быть, на величину Су_max. Связь "положительная", с увеличением Re растет и Cy_max. А вот на Сх Рейнольдс влияет на любых углах атаки. Причем влияет на профильную составляющую Схр, а не на индуктивную Сxi.

На кач. уровне про Cy_max примерно так: от величины Re зависит положение точки перехода ламинарного обтеканиея в турбулентное по хорде крыла. При повышении Re точка перехода смещается вперед по хорде и, таким образом, большая часть крыла охватывается турбулентным потоком. Турбулентное обтекание устойчивей ламинарного [В. Байбаков] и срыв обтекания происходит на больших углах атаки.

Про нагрузку на шверт. Его ломает, надо полагать, нормальная (к хорде) сила. Если не рассматривать глубоко закритические углы, то нормальная сила не слишком отличается от подъемной. Re прямо пропорционально скорости. Силы пропорциональны квадрату скорости. Если на максимальной скорости (и макс. Re) вывести шверт на критический угол, при котором достигается Cy_max, то и получишь максимальную нагрузку на шверт. Как вывести - Шмерлинг, в общем, написал. Практически это можно сделать с управляемым швертом, а с неуправляемым, например, быстро переложив руль на приведение или резанув корму пароходу, у него за кормой вихри - мама не горюй (я так сдуру однажды сделал по молодости).

На картинке кривые зависимости Сy_max для моделей крыла с профилем NACA 0012 удлинением 5-6  (по смыслу текста все значения должны были быть пересчитаны для удлинения 5, принятого в ЦАГИ), полученные при продувках в разных трубах. График для американской трубы VDT сильно отлетает от прочих. У этой трубы наибольший к-т турбулентности потока, а она влияет примерно так же, как и Re. График из атласа профилей 1941 г. Красная кривая - моя аппроксимация от руки на глаз. Её я сколол для подгонки эмпирической формулы и слегка подмасштабировал, чтобы точка Су_max(Re=1.65e6) совпала с данными продувки ЦАГИ, которыми пользуюсь.

На кой черт мне этот Cy_max, если расчет стационарного режима проводится на глубоко докритических углах (во избежание)? К сожалению, расчет Схр проводится с использованием Cy_max.
"Один ишак ишол, второй ишак ишол и третий ишак ишол и весь караван ишол"

ЗАК

  • Сообщений: 3682
  • Уважуха: +330/-120
  • Андрей Зворыкин М54
Re: Расчет управляемого шверта
« Ответ #55 : 05 Февраля, 2015, 03:09:39 »
Вот что я пропустил, оказывается. В цитате проставил нумерацию пунктов.

1. Зря вы так – про Абрама, Сару и т.п… Я с уважением отношусь к вашей инициативе.

2. Вы завели тему о расчете шверта. При этом выкладываете обрывочную, не систематизированную информацию.
 
3. Может стоит для начала более четко определить задачу, и предложить к обсуждению принципиальный алгоритм решения? Пусть он будет даже простой.

4. Вы действительно думаете, что все резко займутся гидродинамикой шверта?
   “Копать” скорее начнут если четко определена задача.
   А кого нет желания или возможности, смогут получить общее понимание вопроса и возможно практические рекомендации.

5. Кстати, площадь шверта напрямую зависит от выбранного профиля.
   Так что в гидродинамику профилей видимо придется “залезть”.

Отвечаю по пунктам.
1. Я тоже отношусь с уважением к инициативе. И к Вам, и к Абраму с Сарой.

2. "И нет, и нет, и нет" [Вини Пух]. Процитирую сам себя:
"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." (Сообщ. №1)
"По мере разбирательства, результаты публикую здесь." (номер сообщ. не помню, стр 5, кажется)

Так что всё идет по плану за исключением того, что мне приходится отвечать на сообщения не по теме. Выкладываю результаты разбирательства по мере разбирательства, остальные об алгоритмах или не размышляют, или делают это молча, или безуспешно.

3. Ваше предложение не соответствует правилам игры. А насчет "четкости" - чёж там нечеткого?

4. "Все" - я так не думаю и не думал. И допускал, что никто. "Практические рекомендации"? Нет. Любая модель должна быть прежде верифицирована.

5. Ес итыз. Я так и делаю, но ни от кого этого не жду.  Для внешнего алгоритма расчета стационарного режима движения без дрейфа это не требуется. Профиль -это заменяемые потроха. Мне так дай Бог с одним разобраться. А выбирал его исходя из следующих соображений.

Если программа - оптимизатор будет настаивать на большом удлинении, то тонкие профили могут оказаться не годными по прочности. У тонких меньше профильное сопротивление, особенно на малых углах атаки, но это сожрется большой добавкой сопротивления корпуса. С ростом отн. толщины примерно до 16% растет критический угол атаки и Cy_max (из литературы). Но критическое (нижнее) значение Re уменьшается (наименьшее критическое Re у плоской пластины, но у нее другие недостатки).

Шверт у меня центральный, потому нужен симметричный профиль. Приемлемым компромиссом представляется профиль с отн. толщиной С%=12, еще и потому, что для них у меня есть данные. Из трёх рассмотреных профилей - NACA 0012, RAF 30-12 и B12 я выбрал первый. Главная причина - наибольший критический угол атаки, это я считаю самым важным для управляемого шверта. И "мягкий" срыв обтекания, что отмечается в литературе.

Что касается модной фразы "стоит ли овчинка выделки", то технически "выделка" для меня ничего не стоит. Поскольку на плечах не репа, а свёкла. Затраты времени на разбирательства, правда, огромны - страшно профессионально далек я от аэро- гидродинамики. Но зато для разминки свёклы полезно и интересно.
« Последнее редактирование: 05 Февраля, 2015, 03:11:50 от ЗАК »
"Один ишак ишол, второй ишак ишол и третий ишак ишол и весь караван ишол"

ЗАК

  • Сообщений: 3682
  • Уважуха: +330/-120
  • Андрей Зворыкин М54
Re: Расчет управляемого шверта
« Ответ #56 : 05 Февраля, 2015, 05:22:49 »
Как ни лень, но надо закончить с влиянием Re на Схр. Это скучно. Перед прочтением следует перейти в другой раздел.

Действую по книге А.С.Кравца. Он описывает двухэтапную методику.

1. На  первом этапе вычисляется Схр_min для Re натуры. Или пересчет с Re продувки на Re натуры. В результате ученых исследований Ф.Г.Гласс получил зависимости Схр_min от Re и эквивалентной толщины профиля С*.

     С* = С% + 0.17 * (f%)^2   ,

где С% - относительная толщина профиля, f% - относительная вогнутость. Для симметричных профилей f%=0 и, следовательно, С*=С%.

На картинке диаграммы Гласса, по которым предлагается определять Cxp_min или поправки к Cxp_min, полученному из продувки модели. Я там подрисовал экстраполяцию "на глаз" кривой для 12%-ного профиля. Видно, что изменения Cxp_min в нашем диапазоне Re невелики. Дальнейшие ученые исследования показали, что диаграммы Гласса несколько завышают Cxp_min.
... ля-ля-ля, три рубля...

В общем, я этим пользоваться не буду. Не думаю, что шверт может быть и сохраняться в том же отполированном до зеркального состояния виде, как продувочная модель. Поэтому, вместо того, чтобы ловить блох описанным способом (а для С*=12% это действительно блохи), впиндюрю туда к-т сопротивления трения для шероховатости лакированной деревяшки из "Справочника по катерам, лодкам и моторам".

2. На втором этапе вводится поправка за отличие Re натуры, зависящая от угла атаки. Непосредственно угол атаки в вычислениях не участвует, но участвует Су, зависящий от угла атаки. На второй картинке цитата из книги Кравца, на третьей - график зависимости Сxp от параметра (Сy-Cy_opt)/(Cy_max-Cy_opt), где Cy_opt - к-т подъемной силы при минимальном профильном сопротивлении. Включая свёклу заметим, что минимальное профильное сопротивление при симметричном профиле имеет место при а=0. При этом Сy=0 и, след., Cy_opt=0.
Таким образом (Сy-Cy_opt)/(Cy_max-Cy_opt) = Cy/Cy_max.
Скалываю кривую с третьей картинки и подгоняю эмпирическую модель. Завтра (т.е. сегодня) программирую и смотрю, что за фигня получится.
« Последнее редактирование: 05 Февраля, 2015, 05:58:42 от ЗАК »
"Один ишак ишол, второй ишак ишол и третий ишак ишол и весь караван ишол"

ЗАК

  • Сообщений: 3682
  • Уважуха: +330/-120
  • Андрей Зворыкин М54
Re: Расчет управляемого шверта
« Ответ #57 : 06 Февраля, 2015, 23:06:52 »
Как и планировал, сколол кривую с последнего графика и подогнал формУлу. Легла хорошо. Дальше проверка на вшивость такая. Взяв Cy_max из результатов продувки в атласе для NACA 0012 подставил в полученную формулу и посчитал "дельту" DCxp для углов от 0 до 10 гр. Должно было получиться похоже на данные продувки (Сxp-Cxp_min). Ну, похоже, но не очень. Не занравилось.

Тогда рассудил так. Вместо параболоподобной функции от Cy/Cy_max, изображенной на графике Кравца и не пришитую к конкретному профилю, получить другую параболоподобную функцию на основе продувочных данных конкретно NACA 0012. Ну, это нормально.

"Один ишак ишол, второй ишак ишол и третий ишак ишол и весь караван ишол"

ЗАК

  • Сообщений: 3682
  • Уважуха: +330/-120
  • Андрей Зворыкин М54
Re: Расчет управляемого шверта
« Ответ #58 : 10 Февраля, 2015, 03:44:02 »
Все полученные формулы в процедурах PureBasic. На фанатских форумах его нежно называют "Пуриком". Я к фанатам не отношусь, просто он халявный - вполне работоспособная и достаточная для подобных этой работ демо-версия официально бесплатна.

Procedure.f Cy_NACA0012 (L.f, a.f)  ; -- к-т подъемной силы
  ; a -- угол атаки, радианы
  ; L -- удлинение
  Protected  Cy.f
  Cy = a * 5.0517 * L / (1.679 + L)
  ProcedureReturn Cy
EndProcedure

Procedure.f a_NACA0012 (L.f, Cy.f)  ; -- угол атаки через Су и удлинение
  ; Cy -- к-т подъемной силы
  ; L -- удлинение
  Protected  a.f
  a = Cy * (1.679 +L) / 5.0517 / L
  ProcedureReturn a
EndProcedure

Procedure.f Cxi_NACA0012 (L.f, Cy.f)  ; -- к-т индуктивного сопротивления
  ; L -- удлинение
  ; Cy -- к-т подъемной силы
  Protected Cxi.f
  Cxi = (0.0105 * L + 1.0099) * Cy * Cy / #PI / L
  ProcedureReturn Cxi
EndProcedure

Procedure.f Cxp_NACA0012 (Cy.f, ReM.f)  ; -- к-т профильного сопротивления
  ; Cy -- к-т подъемной силы
  ; ReМ -- МегаРейнольдс
  Protected Cxp.f, Cy_max.f, DCxp
  Cy_max = 0.6774 + 0.1885 * ReM + 0.2997 * Pow(ReM,2.) + 0.2305 * Pow(ReM,3.) + 0.0444 * Pow(ReM,4.)
  DCxp=0.023195 * Pow(Cy/Cy_max, 2.27)
  Cxp=Dcxp+0.012
  ProcedureReturn Cxp
EndProcedure

Procedure.f Cx_NACA0012 (L.f, Cy.f, ReM.f)  ; -- к-т лобового сопротивления (полный)
  ; L -- удлинение
  ; Cy -- к-т подъемной силы
  ; ReM -- МегаРейнольдс
  Protected Cx.f
  Cx =  Cxi_NACA0012 (L, Cy) + Cxp_NACA0012 (Cy, ReM)
  ProcedureReturn Cx
EndProcedure

П.С. Приведенные формулы применимы только для докритичеких углов атаки. Более того, на углах более 10 гр. их применять не след, там линейная зависимость Су(а) заканчивается, а на нелинейном участке подгонка формул не проводилась. С уменьшением удлинения критический угол атаки растет и, возможно, линейный участок увеличится. Но я на большие углы с расчетом не полезу.
« Последнее редактирование: 11 Февраля, 2015, 01:01:06 от ЗАК »
"Один ишак ишол, второй ишак ишол и третий ишак ишол и весь караван ишол"

ЗАК

  • Сообщений: 3682
  • Уважуха: +330/-120
  • Андрей Зворыкин М54
Re: Расчет управляемого шверта
« Ответ #59 : 11 Февраля, 2015, 02:30:55 »
Поговорю еще сам с собой. А чё ж не поговорить с хорошим, в меру упитанным и добрым человеком?

Вот чем, например, отличается лодка с управляемым швертом от лодки с неподвижным в ДП на острых курсах? Для создания бокового сопротивления со швертом в ДП необходим дрейф. Именно угол дрейфа и является в этом разе углом атаки, необходимым для появления подъемной силы на подводной части лодки, в результате чего и возникает боковое сопротивление, противодействующей аэродинамической силы дрейфа и ... увеличению угла дрейфа. Подъемная сила создается как швертом, так и корпусом.

Управляемый шверт нужен для исключения дрейфа корпуса, что сулит уменьшение общего лобового сопротивления подводной части. Если этого достигнуть удалось, то угол дрейфа корпуса равен нулю, корпус подъемной силы не создает и в создании бокового сопротивления не участвует. Вся забота ложится на шверт, который должен быть установлен под некоторым углом к ДП. Тогда он получит угол атаки, равный углу установки и будет создавать подъемную силу. Очевидно, что эта подъемная сила при прочих равных должна быть больше, чем давал сам по себе неуправляемый шверт. Корпус же участвует только своим вкладом в общее сопротивление подводной части.

Шверт, оказывается, является крылом, черт бы его взял. А для крыла важно не залететь на закритические углы атаки, на которых подъемная сила резко падает, а сопротивление растет. Умные размышления приводят к умной же мысли о том, что отклоненный от ДП на докритический угол шверт загнать на закритические углы атаки проще, чем установленный в ДП. Загнать может появившийся угол дрейфа, который, сложившись с углом установки, даст закритический угол атаки. Причиной дрейфа может стать скатывающая с фронта волны сила, вынос "юзом" наружу циркуляции при приведении...  Отсюда следует, что угол установки должен быть достаточно далек от критического. И, кроме того, управляться он должен весьма просто и оперативно, что является конструкторской задачей. Если же такой возможности не будет, то будет примерно такая же ситуация, как с перекладным на единственный угол автоматическим швертом без управления. А ситуация с ним такова, что угол перекладки должен быть довольно мал, иначе вреда может оказаться больше, чем пользы.

Из теории парусника следует, что на острых курсах ходкость напрямую зависит от гидродинамического качества K=Cy/Cx подводной части и тем выше, чем выше качество. Наивысшее качество для отдельно взятого крыла достигается при небольших углах атаки, примерно на 4 -- 6 -ти градусах для большинства профилей.  Угол атаки, доставляющий максимум К называют наивыгоднейшим. И тут опять подлянка. Корпус идущий без дрейфа, как уже отмечалось, не создавая подемной силы создает дополнительное (к сопротивлению шверта) сопротивление. При этом наивыгоднейший угол атаки (и установки при движении без дрейфа) подлейшим образом увеличивается, приближаясь к критическому углу. Это явленье иллюстрирует приложенная картинка.

Как всем известно, наивыгоднейший угол атаки находят по поляре крыла. Для сего из начала координат проводят касательную к поляре и где она коснулась, там и есть наивыгоднейший угол и макс. качество. Дополнительное сопротивление корпуса сдвигает поляру вправо. Я из ленности перенес вместо этого ось Y влево. Как можно видеть, касание происходит при бОльшем Сy и, стло быть, при большем угле атаки.

Вот и выходит, что, с одной стороны, могут оказаться выгодны большие углы установки, а с другой - так и залететь можно. Вывод - делать хорошее оперативное управление. И, возможно, не слишком гнаться за оптимальностью при больших углах. При них велик к-т подъемной силы и потребуется небольшая площадь шверта. Но это в установившемся режиме. Как справедливо написал Никанор, до него еще добраться надо ит.д. В общем, всё к одному - жисть толкает на копромисцы. Зараза.
« Последнее редактирование: 11 Февраля, 2015, 02:34:21 от ЗАК »
"Один ишак ишол, второй ишак ишол и третий ишак ишол и весь караван ишол"