БПЛА - крылатые 'птицы' без КБ и формул.

Андрей_Яковлев
Идет загрузка
Загрузка
22.08.2016
6381
18
3D-моделирование

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

8
Статья относится к принтерам:
PICASO 3D Designer
Ну так-то к теме надо было добавить ещё +'и без должного образования', но мы мэйкеры - нас ничто не пугает и не смущает. Для чего тема... для того, что в общем, лично моё мнение - не боги горшки лепят, и если тут многие увлекутся БПЛА, то в общем мы сможем меняться опытом. Сам я заинтересован БПЛА в достаточно корыстных целях- выиграть приз на выставке беспилотников, а потом ещё замэйдить множество фишек, пусть и без призов+любознательность. Фишка в том, что БПЛА не коптер - самолёт, а тут не всё так просто как с коптерами, по которым уже множество мануалов.

Итак в общем есть у меня заготовки, сделанные уже наверное больше двух недель назад
Есть всё в Blendere, не пожелав разбираться с Компасом 3D, так как он у меня кривовато встал, я решил оставить для Компаса другую работу - механика, детали и узлы. В общем как только я научился создавать в блендере то что мне нужно, сразу возникла необходимость проверять это в аэродинамической трубе, иначе просто смысл теряется. Мой аппарат имеет не совсем обычную аэродинамику, так как будет трансформером, хоть и выяснилось что идея стара (в фильме 'шестой день';) подобные аппараты были, но мастерить тандемы или бипланы желания у меня не возникло тем не менее. Погуглив, и поняв, что в общем всё не просто, и порой на форумах моделистов разноворы о планерах и самолётах гуглятся аж 2003 года, принял решение действовать в одиночку. Открыл тему на форуме сисадминов и программистов, мне сказали что для одиночки задача не подъёмная и если я сделаю аппарат стабильно держащийся в воздухе в двух режимах, а переключение-трансформация задумана без доп приводов, посредством маятникового перекидывания потоком крыла-лопасти и фиксация посредством реверса и кратковременно допустимого вращения статора, то, там в общем мне сказали что сделают электронику и управление. Это меня вдохновило, поскольку я и сам могу писать программы, но тем не менее на первой это будет очень трудоёмко и времязатратно, проще взять в соавторы программиста, тем более у него наработки по реверсу приводов были некоммерческие (потому он их и забросил, что некоммерческие).

Итак был найден устаревший учебник по основам аэродинамики и программе XFLR5. Намучавшись с экспортом профиля в эту прогу, а получается это только через экспорт профиля в файл, изменение разрешения файла - переименовываение, и импорт в программе аэродинамической трубы, две недели по вечерам я 'грыз' и 'курил' устаревший учебник, но таки всё получилось, правда профиль крыла что вверху на картинке я удлинил, так как его - характеристики не соответствовали желаемому совсем, получил в трубе крыло нужное, фезюляж из блендера я не нашёл вариантов импортировать - там совсем свой формат, поэтому пришлось там создать похожий. Допустил примерно вес, прогнал всё это дело в трубе - не удовлетворился
, изменил угол атаки крыла- подъёмная сила стала радовать.
с запасом.

Остро возникла проблема расчёта двигателей на вес аппарата и аккумулятора. С расчётом аккумулятора проблем не возникло, хоть двигателей будет и три: два на привод лопастей-крыльев в режиме коптера, и один на хвостовой винт в режиме коптера и толкающий в режиме самолёта.

И вот тут встала реальная проблема расчёта винта и толкающего двигателя на режим самолёта, это была настоящая проблема - сунулся в статьи (Ньютоны на Лоренцах, Исааки на лошадях - всё смешалось: люди, кони, обезъяны, а в школе у меня с детства проблемы с историей, датами, и именами)и понял: сварщику их читать не надо, сварщик по сути мэйкер - и смастерит себе сам приспособу, ну и в общем смастерил из данных предоставленных программой
следующий способ расчёта, формулу пока не выводил, но там не падают яблоки, не бегают кони, не ездят Лоренцы на Ньютонах и наоборот. Перепечатывал два раза, а на создание и исправление ошибок ушло больше чем пол дня с утра:
возьму за условие, что тяга создаваемая воздушным винтом - реактивная, сечение сопла равно площади проекции винта на развертку поверхности шага винта (по логике так-то, но хотелось бы конечно чтобы это был тупо диаметр, но нет-прийдётся брать коэффициенткакой-то). Троечники делают так - смотрят кто как что считает и считают так, как им надо. Смотрим в поисковике - 'отношение площади винта к диаметру', есть такое, но информации мало. Смотрим 'расчёт реактивной тяги'. В общем ничего нет нужного. Тогда берём за основу предположение, что тяга приблизительно равна ...весу газа, который проходит через обозначенную ранее проекцию. В общем число оборотов в минуту 2300*16=36800.

Умножаем его на коэффициент ... с винтом мы делаем следующее - вычисляем длину окружности, в дюймах 18,84, теперь делим на 3 получаем 6,28. Коэффициенты 1/18,84*6,28=0,33333333;(тут у меня ошибка идёт далее на десятитысчных долях - опечатался и исправлять не стал)36800*0,3338649654439128=12286,23072833599-полученные обороты, но тут ещё имеет место плотность.

Отношение площадей виртуальных сопл, сразу переводится в сантиметры, квадратный дюйм равен 6,25, значит площадь сопла винта 6*3 условно равна 18*6,25=112,5, это можно делить на 4 по закону отношений площадей подобных двумерных фигур. 112,5/4=28,125. умножаем на очень приблизительное число оборотов получаем 345550,2392344497 кубических сантиметров, которые составляют вес равный макстимальной тяге двигателя - 1,1кг . Сечение второго сопла равно 59,1576 дюймов, что равно 369,735 квадратных сантиметров. Путь аппарата за минуту равен очень грубо обороты на шаг и минус лобовое сопротивление аппарата 12286,23072833599*3*2,5*(1-0,426=0,574). 52892,22328548644 сантиметров в минуту, 529 метров в минуту 31740 в час. В общем не важно, через второе виртуальное сопло (пассивное) площадью

59,1576*6,25=370 кв см пройдёт объём равный 370*52892=19570040 кубических сантиметров. Это тот объём, который не составит сопротивления, но он протекает в другой поверхности, соотношения сторон которых:длина окружности пд. Значит с винтом мы делаем следующее - вычисляем длину окружности, в дюймах 18,84, теперь делим на шаг винта -3 получаем 6,28*2,5=15,7. Теперь объём через второе сопло делим на 15,7 получаем 186381,3333333333. Значит, для 345550,2392344497 кубических сантиметров 186381,3333333333 не составят сопротивления, выводим коэффициент - 0,5393755007846396, что даёт нам право уменьшить коэффициент лобовое сопротивления винта 0,3338649654439128/0,5393755007846396=0,6189842975037487 (на самом деле он остаточный-я путаю термины названиями, но все они на своих местах), итого получаем что с данным коэффициентом число оборотов увеличится 36800*0,6189842975037487=22778,62214813795, а путь теперь 22778,6221481379*3*2,5*0,574=98061,96834773366, что равно километру в минуту, и так далее можно упражняться проходами по циклу, добавляя после каждого новые коэффициенты, но и так видно, что наш аппарат сможет разогнаться примерно до скорости 980 метров в минуту, что соответствует 58,8371810086402 км в час. Всё. На самом деле я делал ошибки и перепечатывал систему 2 раза с шести утра.Так-то средняя (максимальная по двум возможным-среднее матиматическое) получается нормальная - 45,2885 км/ч , 10 км/час - запас, так как аппарат поднимется уже на 36 км/час.
На 36 поднимется из графика снизу слева
По мелочи много опечаток получилось в расчётах , не знаю почему, как-так не понятно, но они очень не большие. Странно что их раньше не видел :(

двигатель тут, винт тут .

формулу пока не выводил, но там не падают яблоки, не бегают кони, не ездят Лоренцы на Ньютонах и

Формулу я выведу, естественно я не проверял её, но способ есть. Для чего нужна тема - ну вообще крылатые птицы красивее чем стрекозы, и делать их намного сложнее, полёт птицы он красив. А чтобы строить такие 'птицы' тут ещё и конструкции и жесткостя - намаяться можно сильно, а так хоть обмен по прочностям конструкций, профилей, стыков хоть какой-то будет. Я например намерен каркас печатать POM-ом, обшивать профильными листами из нейлона космик, ну и механику из него буду печатать, её-то я успешно делаю в Компасе 3D, в отличии от поверхностей, материала, аниме и рэндера.

Ну в общем ребята - давайте меняться опытом. У меня его не много, но есть не много.

Ну всё - сейчас опять пост не пройдёт модерацию, опять связь с 3D печатью слабо отслеживаться кажется будет. Зато какое 3D редактирование...Эх...Доеду я до своего принтера скоро.

Подпишитесь на автора

Подпишитесь на автора, если вам нравятся его публикации. Тогда вы будете получать уведомления о его новых постах.

Отписаться от уведомлений вы всегда сможете в профиле автора.

8
Комментарии к статье

Комментарии

22.08.2016 в 09:59
2

Для экспорта профилей не сложно использовать программу Profili . Моделисты же ею часто пользуются. Как вы считаете потребную тягу (как считаете тягу от винта - совсем не погял, в том числе и зачем - таблицы винтов и двигателей обычно есть вместе с двигателями)? 
Сам хотел бы сделать нормальный самолет, но резал тогда из пены крыло сам, вышло криво, что нехорошо, так как это самая ответственная часть самолета. С той попытки пару лет прошло, сейчас третий коптер купил.
Зато собираю принтер побольше, там полфюзеляжа 
Должно будет поместиться (скорее половинка  по оси от половины длинны.
И профиль, какой выбрали? И Вы написали, что удлиннили. Именно удлиннили или смасштабировали по обеим осям?
И продувать можно, но, как по не быстрей сделать ексельку с двумя формулами и подобрать нужное значение исходя из результатов. В дебри яблок заходить не нужно ) те же profili дают нужные коэффициенты.

22.08.2016 в 18:58
0

Ну вообще-то я считал не тягу, я считал скорость аппарата (потому что аппарат взлетит только после барьерной скорости, при которой подъёмная сила станет достаточной, например этот аппарат в режиме самолёта взлетит на скорости 36 км/ч, меньше-никак), ещё не проверял правда толком все-ли коэффициенты я правильно выставил - не перевернул-ли какой в попыхах, сегодня думаю проверю. За основу взял правило-любая тяга (даже от винта)-реактивная (то-есть винт, мало чем отличается от сопла, кроме сопротивления вращению, которое вроде я учёл, но опять-же, всё надо проверить). За экспорт спасибо. А так - аэродинамическая труба виртуальная лучше, она учитывает и центр тяжести аппарата, скорость сваливания в штопор, в плоский штопор, там очень много графиков, я выставил только те, которые показывают те данные, которые нужны для расчёта возможных максимальных скоростей.
  Просто мне показалось, что такой способ расчёта максимальной скорости аппарата от двигателя (пришлось лепить в импровизации, грубо, но можно допилить)  проще, его можно проверить, 'допилить' - и он станет годный для применения в моделизме и в хобби. Вообще БПЛА - самолёт мне нравится больше чем коптер, с коптерами всё намного проще - много инструкций и примеров по БПЛА - коптерам, с самолётами всё намного сложнее
  Формулу конечно я выведу, если что-то толковое получится (проверить надо и исправить ошибки, наличие которых я ещё допускаю пока), главное, чтобы эта формула была не сложной.
   Ну и спасибо администрации форума, что пропустили топик - я думал не пройдёт, просто потому что так вот. Способ расчёта я проверю и допилю - если что выявлю и добавлю необходимые коэффициенты, по крайней мере я всё равно надеюсь что всё получится.

Я привык исходить от обратного - на какой скорости нам нужно подняться, если укладывается в нужный диапазон, то что получается - хорошо.

Формула там простая - нужно чтобы подъемная сила была равна весу аппарата. Ну а подъемную силу считать как Cy (коэффициент подъёмной силы профиля при текущем угле атаки)* на S (площадь крыла)*на скосростной напор (плотность воздуха*скорость аппарата в квадрате/2)
А вот исходя из этой скорости берётся уже и потребная тяга. Формула та же, только берется Cx (коэф. трения профиля, при расчете для крыла, и коэф. трения других агрегатов (берется из атласов, или после просчета в том же XFLR)) и считать нужно силу трения для каждого агрегата и потом суммировать - это и будет то, сколько должен выдать винт. Как я уже упоминал - сколько выдаёт двигатель с определенным винтом, уже известно из таблиц, что обычно с ним идут.
Получается формул тут немного. 


Точнее это я бы так делал.

Как я понял, у вас уже многое сделано ) так что в этом нет нужды, что выше написано.
А так - самолёту небольшому много чего напечатать, вплоть до того, что б целиком его за раз сделать ) Или просто приблуд, кронштейнов, обтекателей и прочего намоделить.

Из того что просто посоветовать. Посмотрите, что у Вас выйдет, если сделать сужение крыла, что будет, если сделать законцовки - сейчас там довольно большой такой индуктивный вихрь программа рисует. Потери тяги от него тоже не сложной формулой считаются - Cх=Сy^2/(Pi*Lambda) (Сy - профиля, лямбда - удлиннение крыла) И таки продуйте вместе с крепящей крыло к фюзеляжу стойкой, для полноты картины.
И вот если это будет машина с вертикальным взлётом. То 600 грамм, это довольно оптимистично ) квадрик который 5 минут летает 250го размера, с рамой из угля весит больше.

исходить от обратного
В моем случае я сделал так - рассчитал максимальное сопротивление в купе с винтом, и вычел потерю сопротивления от разгона аппарата. Для самолётов делают не так, как я понял - они берут среднее сопротивление и вычитывают потерю тяги от разгона аппарата, это можно сделать было и мне, но у них формулы расчёта сложнее. На мой взгляд брать максимум сопротивления и вычитывать его потерю при развитии максимальной скорости при максимуме сопротивления, проще по процедуре рассчёта. Тут я сделал наоборот.

А так - самолёту небольшому много чего напечатать, вплоть до того, что б целиком его за раз сделать ) Или просто приблуд, кронштейнов, обтекателей и прочего намоделить.
согласен
Из того что просто посоветовать.
меня интересует профиль лонжеронов и прочих элементов каркаса, особенно крыла, не знаю, именно для печатного бпла, да и вообще нужна информация по конструкции - предпочтительные типы стыков и креплений

по стыкам и креплениям много не скажу - тут много зависит от фантазии. Если проще - чем их меньше, тем лучше. Каждый стык - дополнительный вес. Если по частям склеить и будет не хуже межслойной адгезии то и этого хватит. Если аппарат цельный, то совсем хорошо ) Но нужно ведь для транспортировки скорее всего (но мало ли) разбирать, то тут нужно будет придумать. Ну а лонжероны, они хороши когда самолёт сборной. При печати можно своего напридумывать. Просто заполнение поставить не нулевое в крыле - и уже хорошо будет - лонжерон нужен чтобы связать верхнюю и нижнюю часть крыла, если обшивка печатная, то заодно и несущая, так что и заморачиваться не обязательно. Хотя что  б не рассчитывать на случай (мало ли что там слайсер сгенерирует) то и самому можно нарисовать. Печатал пару нервюр ради интереса - автоматическое заполнение 15% и вручную нарисованные перемычки, чтобы получилось подобие ферменной нервюры - последняя вышла легче.

Пока писал уже сам начал запутываться. Проще просто проверить как будет - вручную прорисованные элементы, или заполнение на автомате, если есть возможность истратить столько пластика )
Может и сам когда-то доберусь до такого, но у меня пока свой диплом висит.

22.08.2016 в 19:52
0

Я привык исходить от обратного - на какой скорости нам нужно подняться
да, может, но есть минимум, без которого аппарат не поднимется.
уже многое сделано ) так что в этом нет нужды, что выше написано.
так-то да, большую часть работы я сделал в программе, практически всю, сам считал только то, какую скорость сможет развить данный аппарат с конкретным двигателем, тяга которого при нулевой скорости известна
То 600 грамм, это довольно оптимистично )
да, я понял, что в 600 грамм никак не уложусь, 900 минимум, поэтому перерассчитывал в программе аэродинамику.

22.08.2016 в 19:55
0

И профиль, какой выбрали? И Вы написали, что удлиннили. Именно удлиннили или смасштабировали по обеим осям?
нет, удлинял в программе аэротрубы, чтобы сразу проверять аэродинамику, а потом уже в blender 3D подгонял, но на скриншоте профиль не исправленый - старый. Аппарат скорее печатать буду весь - каркасы из POM-а, обшивка из Neylone Cosmic.
Способ расчёта возможной скорости аппарата я проверю на неделе - обязательно, и формулу выведу, видимо без формулы критики способа я не дождусь - никто не захочет вникать.

Та выводить формулы не нужно  - они и так придуманы.
Та и использовать их есть смысл на начальных этапах.
Когда уже столько есть - можно и по продувкам смотреть, в программе и так все формулы как раз заложены, причем много. Так что если уж совсем с начала придётся, тогда, может, и стоит самому формулами заняться, и как я упоминал, они не сложные и их не так много.

Тут важней, если меняете вес в полтора раза, то как характеристики в итоге меняются, если сильно то стоит увеличить площадь крыла.
И самое важное тут - с чего начинали. Насколько расписаны цели? Что-то вроде ТЗ (Тех задания) есть? Ведь как известно - 'Без внятного ТЗ - результат -ХЗ!'

Тут важней, если меняете вес в полтора раза, то как характеристики в итоге меняются, если сильно то стоит увеличить площадь крыла.
это всё в программе проверяется - изменяется вес, то следом изменяется необходимая подъёмная сила, в общем всё меняется, та программа это проверяет. меня больше беспокоит то, что я умножил площадь сечения виртуального сопла на обороты... завтра прийдётся всё исправлять.

подъёмная сила если сам изменяется, значит увеличивается скорость (вряд ли оно само подстраивает площадь крыла - пока с этой программой не работал). А значит и значительно возрастает сила сопротивления - зависимость от скорости квадратичная и влияет на всё, в то время, как от площади крыла - линейная и влияет только на долю сопротивления общего, вносимого только крылом.

22.08.2016 в 23:07
0

площадь сопла винта 6*3 условно равна 18*6,25=112,5, это можно делить на 4
вот это фейк , эту величину можно умножать только на путь. способ требует серьёзных доработок. но тем не менее - это способ. вести необходимые коэфициенты доработать ошибки, и он будет работать.
всё не просто...но в принципе легко решаемо, думаю. сделаю как надо, а потом вычту из прокачаного объёма винтом тот объём, который пройдёт через окружность описываемую винтом за путь совершённый аппаратом - это и будет потеря тяги и пройдённого пути, грубо, но так.
хорошо вообще нашёл этот фейк. всяко попроще чем программы писать с новыми алгоритмами, там я мозги себе чуть не натурально выворачивал, особенно пока там ошибку найдёшь, да просто в программе объём информации гораздо больший чем тут. ладно. завтра начну исправлять ошибки. программы-то у меня рабочие, и способ этот будет такой-же.
зараза, поспешил. ну в принципе, пост был посвящён не способу - допилю способ, не проблема. те кто поставил лайки - не пожалеют о них.

22.08.2016 в 23:51
0

Да, сразу от тяги винта считать надо, там у меня есть лишняя часть, или часть не та, ее надо будет исправлять. Посмотрим.

23.08.2016 в 15:04
0

Есть книжка Вилле 'Постройка летающих моделей-копий', там в рамках одной главы описаны пара формул которые надо знать, чтобы построить нормально летающую модель...

Спасибо конечно, но есть программа, в которой можно проверить модель, а по подбору двигателя я всё-таки допиливаю свою формулу, нет гарантий на успех, но попытка - не пытка, времени на разбр виртуальной аэродинамической трубы по устаревшему учебнику у меня ушло на много больше, чем с формулой. Допилю и напишу мануал по ней, если она будет того стоить.

25.08.2016 в 23:25
0

Возникли вопросы при моделировании крыла. Одно крыло будет иметь размер 600мм, печатать крыло думаю по четыре части, печать части крыла будет начинаться с единственной нервюры на печатаемой части, обшивка будет печататься сразу. Печать будет в вертикальном поЛожении-профиль крыла будет в горизонте. Печататься будет POM-ом.  Вместо остальных нервюр будут полунервюры, по диагонали. Вот так (на красные линии не смотрите - последствия экспорта из файла опен офис драв)

Будет иметь 3 лонжерона. Обшивка будет печататься  до послендней секции полунервюр, которая будет открыта для соединения секций крыла. Это я напечатаю одним соплом и без опор (опыт есть - крыльчатка напечатана на ура).  Так вот вопрос, полунервюры будут расположены квадратом сторона которого будет равна 17,67766952966369 миллиметра, высота профиля крыла (толщина крыла) будет равна 10мм, возникает вопрос по сварке пластика POM либо ручкой 3D, с двух сторон мне надо будет углубится в профиль на 5 мм, но полунервюры хотелось бы приварить к нервюре с двух сторон.
Вопрос - существует-ли 3D ручка, которая позволит подлезть под наклон 45 градусов? Варить буду возможно с локальным подогревом лазером или ещё чем-нибудь греть до температуры близкой к расплавлению POM-а.
Поначалу крыло хотел обшивать нейлоном, но потом понял что это сложно - надо использовать возможности 3D печати по максимуму. Нейлоном будет обшит только фезюляж и открытые секции полунервюр на стыках секций крыла, поскольку POM слишком жёсткий для монтируемой обшивки и при небольших деформациях печати после монтажа даст большие напряжения внутри конструкции.

05.09.2016 в 19:56
0

После того, как была продумана сварка пластика (времени ушло не очень много, вариантов перебрано ... достаточно), начал редактирование секций крыла:
каркас, крыло чуть ниже, там-же 'валяется' фезюляж, кривые профилей и сечений, в общем в одном файле весь хлам собран (процесс работы конечно сохраняется поэтапно, на случай утрат или повреждений файлов).

секция крыла будет выглядеть так, потом сварка каркаса, и обшивка печатными профилированными листами из нейлона космик, с него-же будет сделана часть механики в компасе 3д, и обшивка фезюляжа. С той разницей, что видимая часть секции крыла заторцована не будет - всё под печать одним соплом и секция крыла будет отпечатана с обшивкой и каркасом сразу монолитно. А ну ещё фаски под сварку лонжеронов снять надо будет.

25.05.2017 в 23:55
0

затратно по времени будет выводить детали в 3D редакторах, мне проще заплатить будет человеку за 3D редактирование (как минимум некоторых компонентов, требующих либо кропотливой работы с булевыми операциями, либо специализированного ПО, другие сделаю сам в редакторе), печатать и сваривать буду сам. И так вроде получится, что ничего не брошу, целесообразно и разумно по отношению затрат времени.

Для написания комментариев, пожалуйста, авторизуйтесь.

Читайте в блогах

Фторполимерная пленка для фотополимерного принтера

Мушкетон, пистолет и пушка

кейсы пользователей наших 3D принтеров теперь в видеоформате

Lerdge. История о том, как похоронить отличную идею кривыми руками и наплевательским отношением к пользователям.

Vector A4 Pro - обзор нового кубика от Geralkom

Переноска-удлинитель из катушки от филамента