Studio degli aeromodelli con XFLR5

[Entropia]

Originalmente inviato da frank

Se stiamo parlando di distribuzione della portanza intesa come forza, sono d'accordo con te, la grandezza rappresentata dall'area sottesa dal grafico è una forza e deve avere dimensioni [M L T^-2] e quindi in ordinata la grandezza dovrebbe avere dimensioni [M T^-2]. Se invece stiamo parlando della distribuzione del CL l'area sottesa deve rappresentare CL e quindi deve essere un numero puro, e quindi se in X ho dimensione [L] in ordinata dovrei avere [L^-1]. Giusto?


[....]

quindi la portanza locale (dL/dx) è proporzionale al CL locale moltipilcato per la corda locale, non diviso.

E chi ha detto che il C_L locale va integrato per ottenere quello globale? Non avrebbe molto senso, d'altra parte come si fa coi profili, si adimensiona la forza (che non è in Newton, ovviamente, ma N/m) con 1/2 rho V^2 * c. Quindi il C_L locale è anch'esso adimensionale.

D'accordo su tutto il resto, ho mica scritto qualche stupidaggine prima?

[frank]

Originalmente inviato da Entropia

E chi ha detto che il C_L locale va integrato per ottenere quello globale? Non avrebbe molto senso, d'altra parte come si fa coi profili, si adimensiona la forza (che non è in Newton, ovviamente, ma N/m) con 1/2 rho V^2 * c. Quindi il C_L locale è anch'esso adimensionale.

D'accordo su tutto il resto, ho mica scritto qualche stupidaggine prima?

Mah, se si parla di "distribuzione" mi pare che la necessità di integrare venga da sé, dalla definizione stessa di distribuzione, no? Così come in statistica si integra la densità di probabilità per ottenere la probabilità totale.

['ttafàt]

Originalmente inviato da frank

Mah, se si parla di "distribuzione" mi pare che la necessità di integrare venga da sé, dalla definizione stessa di distribuzione, no? Così come in statistica si integra la densità di probabilità per ottenere la probabilità totale.

Che succede Frank,niente altro da raccontare ?
Io ho una domanda terra-terra:per cancellare le polari bisogna procedere eliminandone una alla volta attraverso l'editazione della polare corrente o c'è qualche metodo che consente di eliminarle tutte in un colpo solo ?
Ho avuto dei risultati discordanti copiando la stessa ala in un nuovo file.
L'efficienza è passata da un FANTASTICO 42-43 a 34-35 ( che è già molto buono).Credo che la cosa sia correlata al calcolo delle polari del profilo oppure dipende dalla creazione del lattice che ,peraltro,lascio sempre fare in automatico al programma.

[gmo78]

Originalmente inviato da 'ttafàt

Che succede Frank,niente altro da raccontare ?
Io ho una domanda terra-terra:per cancellare le polari bisogna procedere eliminandone una alla volta attraverso l'editazione della polare corrente o c'è qualche metodo che consente di eliminarle tutte in un colpo solo ?
Ho avuto dei risultati discordanti copiando la stessa ala in un nuovo file.
L'efficienza è passata da un FANTASTICO 42-43 a 34-35 ( che è già molto buono).Credo che la cosa sia correlata al calcolo delle polari del profilo oppure dipende dalla creazione del lattice che ,peraltro,lascio sempre fare in automatico al programma.

Idem con patate: da 45 a 34
Ne abbiamo discusso anche in privato con Frank e forse, come hai detto tu, dipende dal reticolo che anche io lasciavo creare in automatico al programma

[frank]

Originalmente inviato da 'ttafàt

Che succede Frank,niente altro da raccontare ?
Io ho una domanda terra-terra:per cancellare le polari bisogna procedere eliminandone una alla volta attraverso l'editazione della polare corrente o c'è qualche metodo che consente di eliminarle tutte in un colpo solo ?
Ho avuto dei risultati discordanti copiando la stessa ala in un nuovo file.
L'efficienza è passata da un FANTASTICO 42-43 a 34-35 ( che è già molto buono).Credo che la cosa sia correlata al calcolo delle polari del profilo oppure dipende dalla creazione del lattice che ,peraltro,lascio sempre fare in automatico al programma.

Ehm, sì, scusa. Sono stato in viaggio per lavoro, ho letto la discussione con qualche difficoltà e solo ora riesco a postare qualcosa.
Sto preparando il prossimo post sulle variazioni di flap.
Per venire alle tua prima domanda, la cancellazione delle polari va fatta una per volta con il comando "Current Polar > Delete". Questo vale sia per le polari 2D dei profili sia quelle 3D dell'aerodina completa.
La questione dell'efficienza dipende secondo me non tanto dal reticolo impostato (anche io uso sempre quello suggerito dal programma) ma dalla scarsa copertura dell'insieme di polari 2D dei profili usati. Se XFLR5 non dispone dei dati della resistenza viscosa che gli vengono dalle polari 2D, e se è selezionata l'opzione "Store points outside the polar mesh", allora considera solo il contributo vorticoso (resistenza indotta) con risultati troppo ottimistici.
Ti consiglio di prestare attenzione al file di log quando generi la polare dell'aerodina: se ti compaiono messaggi "could not interpolate" o "point is outside the flight envelope" significa che non sono disponibili polari 2D per i profili ai numeri di Reynolds a cui li costringiamo a lavorare. Se non si tratta effettivamente di condizioni in cui si avrebbe uno stallo, puoi provare a generare altre polari a mano per coprire le parti scoperte dell'intervallo di Re di lavoro.
Puoi anche provare a cancellare la polare dell'aerodina e a farne calcolare una nuova badando a NON selezionare l'opzione "Store points outside the polar mesh": in questo modo il programma non terrà conto dei punti al di fuori della copertura delle polari 2D e vedrai subito, dai grafici, quali sono (se ci sono) i punti di lavoro per i quali il programma riesce a calcolare i vortici per tutta l'aerodina.

[frank]

Dopo una pausa riprendo la "guida" del thread per discutere dell'uso dei flap. I flap sono usati sui modelli come il Blade per variare la curvatura dell'ala
A che cosa serve variare la curvatura? In generale, variare la curvatura di un profilo permette di modificarne la curva polare, in particolare entro certi limiti permette di "spostare" verso l'alto la curva di relazione tra Cl e angolo di incidenza, senza che la resistenza vari di molto. Benché alcuni profili siano più versati di altri in questo, l'idea è che attraverso la modifica della curvatura si possa ottimizzare il modello per condizioni di lavoro diverse, estendendone così il campo di utilizzo. Ovviamente i flap sono usati anche come ausilio alla frenata, ma al momento non ci occuperemo di questo tipo di analisi.
Ovviamente noi siamo molto interessati a studiare proprio le condizioni di questa ottimizzazione. Per cominciare dobbiamo procurarci una serie di modifiche al profilo alare da noi utilizzato, in modo da avere un campionario di diverse "flappature": a questo scopo ritorniamo nella modalità XFoil di XFLR5 (menù "Application > XFoil Direct Analysis"), selezioniamo dalla lista dei profili il nostro RG-15 portato al 7,8% e quindi, dal menù "Design" scegliamo il comando "Set Flap". Nella finestra di dialogo che seguirà (vedi primo allegato) selezioniamo la casella "T.E. Flap" (flap del bordo di uscita), indichiamo l'angolo di deflessione desiderato (cominciamo con 2 gradi --il segno positivo ci dice che si tratta di una deflessione verso il basso), le percentuali di corda (77.5% nel Blade 1.9) e di spessore (100%) a cui desideriamo collocare la cerniera; diamo "OK" e memorizziamo il profilo modificato sotto un nome opportuno (p.es "RG-15 7.8% +2"). A questo punto procediamo al pre-calcolo delle polari come già avevamo fatto per il profilo liscio, e ripetiamo l'intero procedimeno per un insieme significativo di deflessioni dei flap (oltre ai +2° appena fatti, suggerisco anche +4°, -2°, -4°). Se ora andiamo a visualizzare i grafici dei Cl e Cd (menù "View > Polars") rispetto all'angolo di incidenza (facendo click con il tasto destro sull'area del grafico e indicando le opportune "Variables") troveremo probabilmente un groviglio inestricabile, ma se ripuliamo tutto (menù "Polars > Hide all polars") e visualizziamo le curve dei profili appena calcolati per un solo Re (selezionando profilo e numero di Reynolds nei menù a tendina in alto, e spuntando la casella "Show Curve" per ciascuno di questi) otterremo un grafico simile a quello che ho riprodotto nel secondo allegato.
Questo grafico ci dice che, in un ristretto campo di angoli di incidenza, l'uso dei flap produce una variazione del Cl piuttosto ampia, senza che la variazione del Cd proceda nella stessa proporzione.
Potremmo a questo punto addentrarci in elucubrazioni sulla flappatura che permetta di ottenere la massima efficienza, ma... non dobbiamo dimenticare che queste considerazioni sono basate solo sulle analisi 2D del profilo, e che pertanto non sono immediatamente riconducibili alle prestazioni del modello completo. E' meglio, a mio avviso, perdere qualche altro minuto, convincendo XFLR5 a simulare l'aerodina completa dotata di questi profili flappati, e fare poi le nostre considerazioni su basi sempre speculative ma almeno partendo da un modello del comportamento 3D.

['ttafàt]

Originalmente inviato da frank

Dopo una pausa riprendo la "guida" del thread per discutere dell'uso dei flap. I flap sono usati sui modelli come il Blade per variare la curvatura dell'ala
A che cosa serve variare la curvatura? In generale, variare la curvatura di un profilo permette di modificarne la curva polare, in particolare entro certi limiti permette di "spostare" verso l'alto la curva di relazione tra Cl e angolo di incidenza, senza che la resistenza vari di molto. Benché alcuni profili siano più versati di altri in questo, l'idea è che attraverso la modifica della curvatura si possa ottimizzare il modello per condizioni di lavoro diverse, estendendone così il campo di utilizzo. Ovviamente i flap sono usati anche come ausilio alla frenata, ma al momento non ci occuperemo di questo tipo di analisi.
Ovviamente noi siamo molto interessati a studiare proprio le condizioni di questa ottimizzazione. Per cominciare dobbiamo procurarci una serie di modifiche al profilo alare da noi utilizzato, in modo da avere un campionario di diverse "flappature": a questo scopo ritorniamo nella modalità XFoil di XFLR5 (menù "Application > XFoil Direct Analysis"), selezioniamo dalla lista dei profili il nostro RG-15 portato al 7,8% e quindi, dal menù "Design" scegliamo il comando "Set Flap". Nella finestra di dialogo che seguirà (vedi primo allegato) selezioniamo la casella "T.E. Flap" (flap del bordo di uscita), indichiamo l'angolo di deflessione desiderato (cominciamo con 2 gradi --il segno positivo ci dice che si tratta di una deflessione verso il basso), le percentuali di corda (77.5% nel Blade 1.9) e di spessore (100%) a cui desideriamo collocare la cerniera; diamo "OK" e memorizziamo il profilo modificato sotto un nome opportuno (p.es "RG-15 7.8% +2"). A questo punto procediamo al pre-calcolo delle polari come già avevamo fatto per il profilo liscio, e ripetiamo l'intero procedimeno per un insieme significativo di deflessioni dei flap (oltre ai +2° appena fatti, suggerisco anche +4°, -2°, -4°). Se ora andiamo a visualizzare i grafici dei Cl e Cd (menù "View > Polars") rispetto all'angolo di incidenza (facendo click con il tasto destro sull'area del grafico e indicando le opportune "Variables") troveremo probabilmente un groviglio inestricabile, ma se ripuliamo tutto (menù "Polars > Hide all polars") e visualizziamo le curve dei profili appena calcolati per un solo Re (selezionando profilo e numero di Reynolds nei menù a tendina in alto, e spuntando la casella "Show Curve" per ciascuno di questi) otterremo un grafico simile a quello che ho riprodotto nel secondo allegato.
Questo grafico ci dice che, in un ristretto campo di angoli di incidenza, l'uso dei flap produce una variazione del Cl piuttosto ampia, senza che la variazione del Cd proceda nella stessa proporzione.
Potremmo a questo punto addentrarci in elucubrazioni sulla flappatura che permetta di ottenere la massima efficienza, ma... non dobbiamo dimenticare che queste considerazioni sono basate solo sulle analisi 2D del profilo, e che pertanto non sono immediatamente riconducibili alle prestazioni del modello completo. E' meglio, a mio avviso, perdere qualche altro minuto, convincendo XFLR5 a simulare l'aerodina completa dotata di questi profili flappati, e fare poi le nostre considerazioni su basi sempre speculative ma almeno partendo da un modello del comportamento 3D.

Molto ben descritto.
Ma ,mi urge spontanea una domanda:
perchè due diagrammi in funzione di alfa invece di una polare classica Cl/Cd molto più esplicita nel fare vedere quanto si guadagna e dove ?

[frank]

Originalmente inviato da 'ttafàt

Molto ben descritto.
Ma ,mi urge spontanea una domanda:
perchè due diagrammi in funzione di alfa invece di una polare classica Cl/Cd molto più esplicita nel fare vedere quanto si guadagna e dove ?

Certo, si poteva benissimo fare (anzi, lo metto in allegato), ma quello che mi premeva era mostrare la dipendenza dall'angolo di incidenza.

[frank]

Per passare allo studio del comportamento 3D del modello con profilo flappato, riportiamoci nel modulo VLM (menù "Application > Wing Design", poi selezioniamo dal menù a tendina sotto la toolbar il modello del Blade che abbiamo già calcolato, e creiamone una copia (menù "Wing/Plane > Current Wing/Plane > Duplicate") dandole un nome e andiamo a modificare la definizione dell'ala indicando l'uso di uno dei profili flappati (per esempio, "RG-15 7,8% +2" quindi il profilo flappato di 2°) dalla radice fino alla corda a 850 mm dalla radice (corrispondente all'incirca alla fine dell'alettone). Terminata la modifica, verifichiamo sempre che NON sia selezionata la casella "Check Panels on Exit" e diamo "OK". Fatto questo, generiamo la polare dell'aerodina con la procedura già seguita in precedenza e passiamo a esaminare i grafici. La curva della polare di velocità (che riporto in allegato) ci dice che l'uso di 2 gradi di flap produce una diminuzione quasi inavvertibile della velocità di minima caduta per velocità inferiori a 10 m/s, ma un peggioramento della velocità di caduta per velocità superiori. L'efficienza, peraltro, diminuisce in tutto il campo di velocità meno che in uno stretto arco compreso tra lo stallo e, nuovamente, 10 m/s. Il grafico CM/Vx (terzo allegato) ci dice però che la velocità a cui il modello vola con lo spatolino dell'elevatore a zero è circa 17 m/s, inferiore a quella che avevamo rilevato con il profilo neutro (era 19 m/s) ma ben maggiore dei 10 m/s a cui l'uso dei flap garantirebbe un certo margine di miglioramento. Che cosa possiamo dedurre da questo? che "ingrassare" il profilo del Blade con l'uso di 2° di flap non è conveniente a meno che non si voglia rallentare il modello fino a 10 m/s.
Dobbiamo farlo? Dipende. Si dice comunemente che il Blade non ama essere rallentato. Indubbiamente il Blade 1.9 non è un modello da F3J, non è il volo alla minima velocità di caduta la sua specialità, ma ci possono essere casi in cui poter volare ad una caduta di 50 cm/s anziché di 70 cm/s fa la differenza tra atterrare in sicurezza e perdere il modello. In questo caso possiamo voler rallentare il modello, ma attenzione: volare alla minima caduta non è un esercizio divertente. Ce lo dicono diversi indizi: prima di tutti la vicinanza del punto di minima discesa allo stallo. Se rallentiamo il Blade al di sotto di circa 9 m/s, stallerà. Se lo lasciamo andare significativamente più veloce della velocità di minima caduta, non avremo ottenuto quello che desideravamo. L'uso dei flap in positivo non fa che rendere più critica la cosa, perché rende la polare di velocità più "stretta" e "appuntita".
Inoltre, se per rallentare il modello lo trimmiamo a cabrare, otteniamo anche un altro effetto: la dipendenza del momento di beccheggio dalla velocità diventerà più pronunciata, rendendo il modello più soggetto a "delfinare" e rendendo di conseguenza più difficile mantenere la velocità voluta. Possiamo verificare questo fatto costruendo un profilo NACA 0007 modificato in modo da avere -1,5° di "flap" al 75% della corda, e facendo simulare a XFLR5 un Blade che abbia questo profilo nella coda a V: otteniamo un grafico CM/Vx come quello che riporto nel quarto allegato, in cui si vede che il modello vola ora bilanciato a 10 m/s ma la pendenza della curva del Blade "trimmato a cabrare" (curva verde) al punto CM=0 è molto maggiore di quella associata al Blade "liscio" (curva blu) per CM=0. Questo ci dice che una variazione di velocità del 10%, rispetto alla velocità di trim, per il Blade "cabrato" produce un momento in beccheggio quasi tre volte maggiore di quella che avrebbe il Blade "liscio": possiamo aspettarci un delfinamento tre volte più forte.
Naturalmente c'è un anche un modo per rendere il modello bilanciabile alla velocità di 10 m/s con gli spatolini a zero. Basta arretrare il baricentro. Se ricalcoliamo la polare del modello "liscio" con 2° di flap impostando il baricentro a 89 mm dal bordo di entrata troviamo che CM va a zero proprio a una velocità di 10 m/s. La pendenza della curva di colore magenta nel quinto allegato ci dice che la reazione di auto-stabilizzazione del modello è meno forte, come ci aspettavamo: tuttavia volare con un modello così arretrato potrebbe risultare troppo critico e difficile, al punto da rendere inavvertibile qualunque beneficio (il modello può volare "secondo la polare" solo se non viene disturbato da comandi del pilota, cosa che non si combina bene con un baricentro molto arretrato).
Tutto ciò mi serve per dire che la migliore combinazione tra trim (o diedro longitudinale, se preferite) e posizione del centro di gravità è un compromesso, la cui ottimizzazione va ricercata in base alle proprie preferenze ma anche in base alle proprie capacità. Un modello arretrato è più sensibile all'elevatore e può essere trimmato per un ampio campo di velocità, ma richiede le mani di un pilota esperto e attento; un modello più avanzato "vuole" volare a una sola velocità, è adatto a un solo tipo di volo (veloce o lento a seconda di come lo avremo trimmato) ma perdona molto ai pollici del pilota. Se ci si dedica al volo competitivo, la tentazione di arretrare sempre di più per avere un modello adatto a diversi task e situazioni di volo si scontra presto o tardi con la difficoltà di pilotare il modello: fino ad un certo punto le prestazioni migliorano, oltre questo punto si inizia a perdere. XFLR5, purtroppo, non ci aiuterà a individuare questo punto perché dipende interamente dalle caratteristiche del pilota.

[francescob]

Ho passato il programma al professore di aerodinamica sperimentale, con i dati calcolati per un'ala che abbiamo costruito con un amico per la galleria....
L'ala è fatta in modo da poter misurare sperimentalmente i cp (leggi prese di pressione) e da questi ricavarne la polare....

Vediamo se il programmino in questione funziona come deve....provare non costa nulla....tanto l'ala la provano gli altri....io mi dedico al mio generatore eolico....

Ciao
Francesco