Author Topic: Aero profil za slobodno leteće modele klase F1A  (Read 6451 times)

Offline SloMi

  • Full Member
  • ***
  • Posts: 395
Aero profil za slobodno leteće modele klase F1A
« on: October 27, 2014, 10:31:59 PM »
Aero profil MID-117                                         
                                    Autor: Slobodan Midić, Novi Sad, Okt. 2014

Aero profil MID-117 namenjen je za slobodno leteće modele jedrilica takmičarske klase F1A po FAI pravilima. Ovaj profil ima vrlo dobre karakteristike u širokom  opsegu napadnih uglova od -5o do +12o u planiranju normalnom brzinom pri Re=40.000, bez opasnosti od naglog gubitka uzgona i/ili bitnog pogoršanja ostalih karakteristika, pod uslovom da su na krilu primenjeni odgovarajući turbulatori. Profil MID-117 je pogodan za vertikalno lansiranje velikom brzinom sa vučne sajle, te zbog malog koeficijenta otpora pri nultom uzgonu Cxo omogućuje postizanje velikih startnih visina, mnogo većih nego kod klasičnih aero profila.
U planiranju ulaskom u termički stub profil ništa ne gubi u karakteristikama, podjednako dobro se ponaša i po mirnom i po vetrovitom vremenu, sa i bez termike, pa se može reći da je to univerzalan profil za Svaki Dan i sve uslove leta, zbog čega ga je autor nazvao "SD" profilom.   Nazivi LDA, kao i "Soft LDA" su neprikladni, jer ne postoje takvi pojmovi, a ni naziv "laminaran" takođe ne odgovara jer bi neko mogao pomisliti da je vazdušno strujanje na površinama profila laminarno, a zapravo je veći deo profila stalno u turbulentnom strujanju zbog prisustva turbulatora ...
Geometrijske osobine profila MID-117 (vidi sliku 1.) su:
* max debljina d=7.75%c na daljini Xd=18.0%c
* max krivina  f=4.80%c na daljini Xf=49.7%c
* radijus napadne ivice r=0.76% 
* debljina izlazne ivice e=0.77%c
----------------------------------------------
   Slika 1.:  SD profil MID-117
----------------------------------------------
 Za postizanje dobrih aero dinamičkih osobina kod profila MID-117 od ključnog značaja je pravilna primena turbulatora na gornjaci i donjaci. Kakva sredstva za turbuliranje vazduha treba da budu to treba odrediti eksperimentalno. Važno je da ona obezbede prisilnu tranziciju strujanja vazduha iz laminarnog u turbulentno stanje na 30% tetive profila na gornjaci i na 4% tetive profila na donjaci. Za takvu lokaciju turbulatora su pomoću programa XFOIL izračunati AD koeficijenti uzgona CL i otpora CD u zavisnosti od napadnog ugla profila Alfa, i za dva karakteristična Rejnoldsova broja Re=40k (planiranje) i Re=200k (lansiranje), što predstavlja dvo- dimenzionalnu polaru profila, i ona je prikazana na Slici 2.

-------------------------------------------------------------------------------------------
   Slika 2.: Polara profila MID-117 sa turbulatorom gore (tt) i dole (tb)
-------------------------------------------------------------------------------------------
Na slici 2. su prikazana tri dijagrama. Sa drugog dijagrama se vidi promena koeficijenta uzgona CL u zavisnosti od napadnog ugla Alfa, pri čemu puna linija označava promene pri Re=40,000 (kraće napisano: 40k), a isprekidana linija je za Re=200k. Za Re=40k vidi se da uzgon raste proporcionalno sa napadnim uglom počev od Alfa=-4.5o, kada je uzgon CL jednak nuli, do oko +8.5o, kada brzi rast uzgona prestaje i uzgon dostiže maksimalnu vrednost od CL=1.48 pri Alfa=+10o, nakon čega sa daljim povećanjem napadnog ugla uzgon opada a otpor brzo raste. Na istom dijagramu sa leve strane ordinate  prikazane su  vrednosti koeficijenta momenta pikiranja Cm, koji za Re=40k iznosi oko Cm= -0.130.
Sa prvog dijagrama se vidi kako se pri promeni uzgona CL menja koeficijent vazdušnog otpora profila CD. Iz prva  dva dijagrama se vidi da je pri Rejnolsovom broju Re=40k otpor najmanji pri oko Alfa=0o, i iznosi oko CD=0.0245, pri čemu je uzgon CL=0.5. Sa smanjivanjem napadnog ugla Alfa uzgon CL opada a otpor CD raste, i pri Alfa=-4.5o uzgon je nula, a otpor iznosi CDo=0.0305.
Treći dijagram pokazuje lokaciju tranzicije, Xtr, iz laminarnog strujanja u turbulentno, i to na gornjaci i na donjaci za svaku vrednost uzgona CL. Pošto je turbulatorima obezbeđena prisilna tranzicija strujanja počev od 30% na gornjaci, i od 4% na donjaci, vide se dve vertikalne linije sve do iznad CL=0.9, a dalje promene predstavljaju lokaciju prirodne tranzicije.
Treba napomenuti da su prikazane polare izračunate pomoću računarskog programa XFOIL za idealno gladak profil i u vazduhu bez turbulencije stepena "turbulentne uzburkanosti" Ncr=9, što odgovara mirnom jutarnjem vremenu pre izlaska sunca na nekoj visini iznad zemlje. 
U kojoj meri hrapavost površine krila utiče na prikazane rezultate ostaje da se utvrdi eksperimentalnim putem zavisno od slučaja do slučaja. Međutim ako se gladak profil koristi na modelu bez ikakvih turbulatora na krilu polare profila se bitno menjaju i to pokazuje slika 3.     
-------------------------------------------------------------------
       Slika 3. Polara profila MID-117 bez turbulatora
-------------------------------------------------------------------
Kao što se vidi bez turbulatora polara profila za Re=40k jedva se može prepoznati, koliko je deformisana i pogoršana. Uporedite i sami... Kako se vidi maksimalni uzgon je ostao isti ali su se povećali otpori pri napadnim uglovima manjim od +8 stepeni, što znači povećano je propadanje u planiranju modela.
Uticaj odsustva turbulatora na polaru Re=200k je pak povoljan jer su se otpori u srednjem delu polare smanjili. Medjutim od te polare model koristi samo njen deo oko CL=0, odnosno tu nas interesuje samo otpor pri nultom uzgonu, a on je sada CDo=0.019, i  to je vrlo dobro za vertikalno izbacivanje modela.   

---------------------------------------------------------------------------------------
   Slika 4. Polara profila MID-117 sa turbulatorom samo gore (tt)
---------------------------------------------------------------------------------------
Pogledajmo  sada Sliku 4. za slučaj da je primenjen samo gornji turbulator na 30%, a da na donjaci nema nikakvog turbulatora. Na polari Re=40k dobila se lepa pravolinijska promena uzgona sa napadnim uglom i vrlo dobra karakteristika uzgon/otpor (L/D) za planirajući let modela. Na polari Re=200k u odnosu na istu bez ikakvih turbulatora povećan je otpor pri nultom uzgonu, Cdo, sa 0.019 na 0.022 što iznosi oko 15 %, što znači da će vertikalno lansiranje modela biti  manje uspešno. I dok je sasvim  jasno da gornji turbulator treba uvek koristiti i to na optimalnoj lokaciji 30% od napadne ivice dotle donji turbulator može ali ne mora da se koristi zavisvo od odluke svakog modelara takmičara nakon perioda detaljnog testiranja modela sa i bez donjeg turbulatora. Inače turbulator predstavlja i hrapava površina ...
Među modelarima F1A popularan je Benedekov profil B-6356b, i u poslednje vreme  njegova modifikovana verzija poznata kao “soft LDA” profil  pa se nameće potreba upoređenja tog profila i MID-117. Takvo poređenje daje Slika 5. gde su prikazane polare profila MID-117 sa prinudnom tranzicijom na 30% na gornjaci, uporedno sa polarama profila B-6356b sa prinudnom tranzicijom na 40% na gornjaci, i to za Re=40k i Re=200k.
 ---------------------------------------------------------------------------------------
   Slika 5. Poređenje polara profila MID-117 sa B-6356b
---------------------------------------------------------------------------------------   
Uporedimo prvo polare za Re=40k. Kao što se vidi sa polare profil B-6356b ima malo manje otpore za napadne uglove  do +8o ali ima maksimalan uzgon od CL=1.4 dok MID-117 ima manje otpore pri napadnim uglovima iznad +8o i maksimalni uzgon od CL=1.47. Pri napadnom uglu od +12o  koef. uzgona pada na 1.09 a otpora raste na 0.15 kod B-6356b (L/D=7.3), dok kod MID-117 koef. uzgona pada na 1.35 a otpora raste na 0.1 (L/D=13.5), što znači znatno povoljnije ponašanje profila pri prevlačenju (na primer u termičkom stubu), dok su ta dva profila podjednako dobra za let u normalnom planiranju.
Međutim kada se uporede polare za Re=200k vidi se da je koeficijent otpora pri nultom uzgonu CDo više od 3 puta manji kod MID-117 nego kod B-6356b što znači da će se u vertikalnom lansiranju model sa profilom MID-117 popeti na mnogo veću startnu visinu, i posle toga nastaviti da planira podjednako dobro kao B-6356b.
Koordinate profila MID-117 date su u Tabeli 1. na uobičajen modelarski način prikazivanja.
---------------------------------------------------------------------------------------
   Tabela 1. Koordinate profila MID-117
---------------------------------------------------------------------------------------