8.1: Prestazioni aerodinamiche di un aeromodello: il DC-6B

Di seguito è riportato il set-up del modello DC-6B sul bilanciamento della forza aerodinamica.

Figura 1. Modello DC-6B montato. A) Modello DC-6B all'interno della sezione di prova in galleria del vento a bassa velocità con un equilibrio aerodinamico esterno. B) Modello DC-6B montato sulla bilancia da tre punti articolati. C'è anche un motore di controllo dell'angolo di imbardata, un motore di controllo del passo e un livello elettronico per calibrare l'angolo del passo.

Figura 2. Pannello di controllo della galleria del vento a bassa velocità. L'angolo di beccheggio e l'angolo di imbardata possono essere controllati elettronicamente dal pannello durante i test con la galleria del vento in funzione.

1. Calibrazione del set-up

1. Blocca il bilanciamento esterno sul pannello di controllo della galleria del vento.
2. Installare i montanti sulla bilancia aerodinamica come illustrato nella Figura 1. I montanti sono imbullonati alla bilancia.
3. Impostare l'angolo di imbardata su zero regolando la manopola sul motore di imbardata e impostare l'angolo di inclinazione a zero utilizzando il motore di inclinazione. L'angolo di inclinazione deve essere calibrato utilizzando un livello elettronico. Le misurazioni vengono prima effettuate a diverse angolazioni con solo i montanti in posizione e nessun aeromodello. Ciò consente di sottrarre gli effetti dei montanti dell'aereo.
4. Accendere il computer e il sistema di acquisizione della forza di bilanciamento esterno. È necessario accendere il sistema almeno 30 minuti prima del test.
5. Aprire il software di controllo della misurazione.
6. Registrare la pressione e la temperatura ambiente. Assicurarsi di correggere la pressione barometrica utilizzando la temperatura locale e la gravità locale.
7. Controllare se la sezione di prova e la galleria del vento sono prive di detriti e allentare le parti, quindi chiudere le porte della sezione di prova.
8. Sblocca il saldo esterno e imposta la velocità della galleria del vento a zero.
9. Accendere la galleria del vento e il sistema di raffreddamento della galleria del vento.
10. Registra le forze e i momenti di equilibrio.
11. Imposta la pressione dinamica su 7 pollici H₂O e registra le forze e i momenti di equilibrio.
12. Utilizzare il controllo dell'imbardata per impostare l'angolo di imbardata su 5°. Regolare la pressione dinamica a 7 pollici H₂O, se necessario.
13. Registra le forze e i momenti di equilibrio. Modificare l'angolo di imbardata a 10°. Regolare la pressione dinamica a 7 pollici H₂O, se necessario.
14. Registra le forze e i momenti di equilibrio.
15. Spegnere la galleria del vento e bloccare il saldo esterno.
16. Installare il modello DC-6B con la coda accesa.
17. Calibrare l'angolo di attacco e l'indicatore di beccheggio. Calibrare l'angolo di inclinazione prima del test utilizzando un livello elettronico.
18. Sblocca il saldo esterno.
19. Impostare l'angolo di attacco premendo il naso verso l'alto o verso il basso sul pannello di controllo Figura 2. Angoli di attacco per il test α = -6°, -4°, -2°, 0°, 2°, 4°, 6°, 8°, 10°.
20. Registra le forze e i momenti di equilibrio.
21. Ripetere i passaggi da 1,19 a 1,20, aumentando in modo incrementale l'angolo di attacco fino al completamento di tutti i punti di test.
22. Riportare l'angolo di attacco, α, a zero e impostare l'angolo di imbardata. Angoli di imbardata per il test β = 0°, 5°, 10°.
23. Registra le forze e i momenti di equilibrio.
24. Ripetere i passaggi da 1,22 a 1,23 aumentando in modo incrementale l'angolo di imbardata fino al completamento di tutti i punti di prova.
25. Bloccare l'equilibrio esterno e rimuovere la coda dal modello DC-6B. Installare il cono di coda e ripetere i passaggi da 1.19 a 1.24.
26. Quando tutti i dati sono stati raccolti, spegnere il sistema di raffreddamento della galleria del vento, bloccare il bilancio esterno e spegnere la galleria del vento.

2. Test a velocità del vento diverse da zero

1. Controllare se la sezione di prova e la galleria del vento sono prive di detriti e allentare le parti e quindi chiudere le porte della sezione di prova.
2. Impostate l'angolo di inclinazione su zero.
3. Sblocca il saldo esterno.
4. Impostare la ghiera della velocità della galleria del vento su zero e accendere la galleria del vento e il sistema di raffreddamento del vento.
5. Registra le forze e i momenti di equilibrio.
6. Impostare la pressione dinamica su 7 pollici H₂O.
7. Imposta l'angolo di attacco, iniziando con α = -6°. Angoli di attacco per il test α = -6°, -4°, -2°, 0°, 2°, 4°, 6°, 8°, 10°.
8. Regola la pressione dinamica a 7 pollici H2O se necessario e registra le forze di bilanciamento e i momenti.
9. Ripetere i passaggi 2.7 - 2.8 aumentando in modo incrementale l'angolo di attacco fino a quando tutti i punti di test non vengono eseguiti.
10. Riportare l'angolo di attacco a zero e impostare l'angolo di imbardata. I seguenti angoli di imbardata devono essere testati β = 0°, 5°, 10°.
11. Regola la pressione dinamica a 7 pollici H2O se necessario e registra le forze di bilanciamento e i momenti.
12. Ripetere i passaggi 2.10 - 2.11 aumentando in modo incrementale l'angolo di imbardata fino a quando non vengono eseguiti tutti i punti di prova.
13. Diminuire lentamente la velocità dell'aria a zero, quindi bloccare il saldo esterno.
14. Rimuovere il cono di coda del modello DC-6B e installare la coda completa.
15. Ripetere i passaggi da 2.7 a 2.12.
16. Quando tutti i dati sono stati raccolti, spegnere il sistema di raffreddamento della galleria del vento, bloccare il bilancio esterno e spegnere la galleria del vento.

Per far funzionare un aereo in tre dimensioni, dobbiamo essere in grado di controllare il suo atteggiamento, o orientamento, in tre dimensioni. Pertanto, definiamo tre assi principali per descrivere la posizione di un aeroplano e le eventuali modifiche apportate ad essa. L'origine di questi tre assi si trova nel baricentro dell'aereo, che è la posizione media della sua massa.

L'asse di imbardata è perpendicolare alle ali dell'aereo e ne descrive il movimento da un lato all'altro. L'asse di beccheggio è orientato parallelamente all'ala e perpendicolare all'asse di imbardata. Il movimento di beccheggio è il movimento su e giù del naso. Infine, l'asse di rollio percorre la lunghezza dell'aereo e descrive il movimento verticale delle ali.

Per valutare le caratteristiche aerodinamiche di un aereo quando cambia posizione in queste direzioni, possiamo misurare diversi coefficienti che descrivono la portanza, la resistenza e il momento. I coefficienti di portanza e resistenza aerodinamica sono valori adimensionali che ci consentono di modellare i complessi effetti della forma e del flusso sulla portanza e sulla resistenza.

I coefficienti di portanza e resistenza aerodinamica sono definiti come mostrato, dove L e D sono la portanza e la resistenza e S è l'area di riferimento del modello di aeromobile. Rho e V sono la densità e la velocità del flusso libero. Possiamo semplificare rho V al quadrato su due per la pressione dinamica, q.

Allo stesso modo, gli ingegneri misurano il coefficiente del momento di beccheggio, che è un valore adimensionale che descrive la coppia prodotta dalle forze sull'aereo nella direzione dell'asse di beccheggio, chiamato momento di beccheggio.

Come i coefficienti di portanza e resistenza, il coefficiente del momento di beccheggio è definito come mostrato, dove M è il momento di beccheggio, q è la pressione dinamica e S e C sono l'area di riferimento e la lunghezza di riferimento dell'aeromobile.

Infine, possiamo misurare il coefficiente del momento di imbardata, che descrive la coppia prodotta nella direzione dell'asse di imbardata. Questo coefficiente è definito come mostrato, dove N è il momento di imbardata e B è l'apertura alare dell'aereo.

Gli ingegneri utilizzano questi coefficienti per studiare le prestazioni e la stabilità degli aeromobili. Le derivate di stabilità, prese rispetto agli angoli di beccheggio o imbardata, indicano se l'aereo è stabile o instabile.

Ad esempio, se l'angolo di attacco, alfa, viene improvvisamente aumentato da una raffica di vento, la risposta dell'aereo ne determina la stabilità. Se l'angolo di attacco continua ad aumentare indefinitamente, l'aereo è instabile. Ciò è dimostrato da una derivata di stabilità positiva, che mostra che il coefficiente del momento di beccheggio continua ad aumentare con alfa.

Lo stesso vale per l'instabilità direzionale rispetto all'angolo di imbardata beta, che dà un coefficiente di stabilità negativo. Se l'angolo di attacco o l'angolo di imbardata tornano ai valori iniziali, si dice che l'aereo è stabile. Ciò si riflette nelle derivate di stabilità, che sono opposte alle condizioni instabili.

In questo esperimento, esamineremo un modello di aereo esposto al flusso d'aria a diversi angoli di beccheggio e imbardata e determineremo la sua stabilità e le sue prestazioni con e senza la coda.

In questo esperimento, esamineremo un modello di aereo esposto al flusso d'aria a diversi angoli di beccheggio e imbardata e determineremo la sua stabilità e le sue prestazioni con e senza la coda.

Per questo esperimento, dovrai utilizzare una galleria del vento aerodinamica con un bilanciamento delle forze che controlla l'angolo di attacco, chiamato anche angolo di beccheggio, e l'angolo di imbardata esternamente durante l'esperimento. Avrai anche bisogno di un modello di aereo DC-6B che si attacchi al bilanciamento della forza utilizzando i montanti.

Per iniziare, blocca la bilancia esterna e installa i montanti sulla bilancia per analizzare gli effetti dei montanti da soli, in modo che possano essere sottratti dalle misurazioni dell'aereo. Impostare l'angolo di imbardata su 0 regolando la manopola del motore di imbardata.

Ora accendi il computer e accendi il sistema di acquisizione dati per il bilanciamento delle forze esterne. Lasciare che il sistema si riscaldi per 30 minuti prima del test.

Una volta che il sistema si è riscaldato, aprire il software di acquisizione dati. Leggete la pressione e la temperatura ambiente e registrate questi valori sul vostro notebook. Correggere la pressione barometrica, utilizzando il foglio di calcolo del barometro che accompagna il barometro a mercurio.

Ora assicurati che la sezione di prova e la galleria del vento siano prive di detriti e parti allentate. Quindi chiudere gli sportelli della sezione di prova. Sblocca il saldo esterno. Quindi impostare la manopola della velocità della galleria del vento su 0. Accendi la galleria del vento e il sistema di raffreddamento della galleria del vento. Registra le forze di equilibrio e i momenti con la velocità del vento a 0.

Ora regola l'angolo di imbardata a 5? utilizzando il controllo dell'imbardata. Quindi registrare nuovamente le forze di bilanciamento e i momenti a 0 velocità del vento. Ripetere nuovamente queste misurazioni con un angolo di imbardata di 10? e velocità del vento pari a zero. Ora reimposta l'angolo di imbardata su 0 e quindi imposta la pressione dinamica su 7 pollici di acqua. Quindi registra nuovamente le forze di equilibrio e i momenti.

Ora, imposta l'angolo di imbardata su 5?, regola la pressione dinamica a 7 pollici d'acqua, se necessario, e quindi registra le forze e i momenti di equilibrio. Ripetere le stesse misurazioni con un angolo di imbardata di 10?, reimpostando la pressione dinamica a 7 pollici di acqua, se necessario. Dopo aver registrato le misurazioni, riportare l'angolo di imbardata a zero e spegnere la galleria del vento.

Per iniziare la calibrazione del modello di aereo DC-6B, bloccare prima la bilancia esterna e aprire la sezione di prova. Quindi installare il modello DC-6B con la coda inserita. Calibrare l'angolo di beccheggio utilizzando una livella elettronica ed effettuare regolazioni a zero se necessario.

Dopo aver chiuso gli sportelli della sezione di prova, sbloccare il bilanciamento esterno, premere il pulsante del muso verso il basso per impostare l'angolo di beccheggio su -6?. Ora registra le forze di bilanciamento e i momenti con la galleria del vento disattivata per acquisire la correzione necessaria per tenere conto del peso del modello.

Cambiare l'angolo di beccheggio a -4? e ripetere la misurazione della forza e dei momenti come prima. Condurre il test per angoli di incidenza fino a 10? con 2? Incrementi. Quindi riportare l'angolo di beccheggio a zero. Ora esegui lo stesso test per gli angoli di imbardata 0,5 e 10?. Quando tutti gli angoli sono stati testati, bloccare il bilanciamento esterno, aprire la sezione di prova e rimuovere la coda del modello DC-6B.

Quindi installa il cono di coda, in modo da poter misurare il contributo del peso del modello con la galleria del vento spenta. Ora chiudi la sezione di prova, imposta l'angolo di imbardata su zero e registra le misurazioni della forza e del momento per tutti gli angoli di beccheggio da -6 a 10?, come prima.

Una volta completate queste misurazioni, ripetere nuovamente il test con un angolo di beccheggio pari a 0 per i tre angoli di imbardata. Al termine, bloccare la bilancia esterna.

Ora eseguiremo l'esperimento con una velocità del vento diversa da zero. Per iniziare, controllare la sezione di prova per detriti e parti allentate. Quindi, chiudere gli sportelli della sezione di prova.

Quindi, imposta l'angolo di beccheggio su zero e sblocca il bilanciamento esterno. Impostare la manopola della velocità della galleria del vento su zero, quindi attivare la galleria del vento. Registra le forze di bilanciamento e i momenti prima di attivare il flusso d'aria. Ora attiva il flusso d'aria con la pressione dinamica pari a 7 pollici di acqua. Quindi impostare l'angolo di beccheggio su -6 e regolare la pressione dinamica su 7 pollici d'acqua, se necessario, prima di registrare le forze di bilanciamento e i momenti per questa impostazione.

Ripetere la misurazione per ciascuno degli angoli di beccheggio testati nelle fasi di calibrazione. Quindi riportare gli angoli di beccheggio e imbardata a zero. Se necessario, regolare nuovamente la pressione dinamica, quindi registrare le forze di bilanciamento e i momenti. Come in precedenza, ripetere le misurazioni per gli angoli di imbardata testati durante la calibrazione.

Una volta effettuate tutte le misurazioni, diminuire lentamente la velocità dell'aria fino a zero. Ora blocca la bilancia esterna e apri la sezione di prova. Rimuovere il cono di coda del DC-6B e installare la coda completa. Quindi chiudere la sezione di prova e ripetere le misurazioni per tutti gli angoli di beccheggio e gli angoli di imbardata testati in precedenza con una pressione dinamica in galleria del vento di 7 pollici d'acqua.

In questo esperimento, abbiamo ottenuto le caratteristiche di prestazioni e stabilità di un modello di aereo DC-6B in due configurazioni, con la coda dell'aereo convenzionale e con la coda rimossa.

Per ogni configurazione, regolare le forze misurate per rimuovere il peso del montante sottraendo le forze con il modello spento e le forze con il modello spento e il vento acceso.

Quindi rimuovere l'effetto del peso del modello sottraendo le forze con il modello acceso e il vento dalle forze con il modello acceso e il vento acceso. Quindi rimuovere l'effetto aerodinamico dei montanti sottraendo le forze regolate in peso dei montanti dalle forze regolate in peso del modello.

Utilizzando queste forze regolate, possiamo calcolare il coefficiente di portanza e il coefficiente di resistenza aerodinamica utilizzando queste equazioni. Qui, L è la portanza e D è la resistenza, che sono stati misurati nell'esperimento. S è l'area di riferimento del modello e q è la pressione dinamica.

Ora, se tracciamo i coefficienti di portanza e resistenza rispetto all'angolo di beccheggio, possiamo vedere che la coda dell'aereo aumenta la portanza massima, ma la coda aumenta anche la resistenza. Successivamente, diamo un'occhiata al coefficiente del momento di lancio. Il momento di beccheggio, M, è stato misurato nei nostri esperimenti.

Quindi, tracceremo il coefficiente del momento primitivo rispetto all'angolo di beccheggio. Ricorda che se il momento di beccheggio aumenta con l'aumentare dell'angolo di incidenza, l'aereo è instabile, poiché non è in grado di tornare alla direzione livellata. Ma se il momento di beccheggio diminuisce con l'aumentare dell'angolo di incidenza, il momento di beccheggio agisce per impedire che l'angolo di beccheggio aumenti o diminuisca indefinitamente; garantendo così una maggiore stabilità nell'aereo.

Per la configurazione di coda, il coefficiente di beccheggio aumenta con l'aumentare dell'angolo di beccheggio, mostrando che l'aereo è instabile in questa configurazione. D'altra parte, la configurazione della coda mostra il comportamento opposto, in cui il coefficiente di beccheggio diminuisce all'aumentare dell'angolo di beccheggio, dimostrando che la coda aggiunge stabilità all'aereo.

Allo stesso modo, calcoleremo il coefficiente del momento di imbardata. Il momento di imbardata, N, è stato misurato nei nostri esperimenti. Qui mostriamo un grafico del coefficiente del momento di imbardata rispetto all'angolo di imbardata.

Per la stabilità direzionale, un angolo di slittamento laterale positivo beta significa che il muso dell'aeromobile punta a sinistra della direzione del movimento e a destra se beta è negativo. Il coefficiente del momento di imbardata è positivo a destra e negativo a sinistra.

Tuttavia, se il momento di imbardata diminuisce all'aumentare della beta, come accade per la configurazione di coda off, l'aereo non tende a tornare alla posizione beta zero ed è instabile. Pertanto, possiamo concludere che la coda dell'aereo è necessaria per raggiungere la stabilità, anche se comporta una certa riduzione delle prestazioni.

In sintesi, abbiamo appreso come le caratteristiche aerodinamiche di un aereo sono descritte dai suoi coefficienti di portanza, resistenza e momento. Abbiamo quindi misurato le forze aerodinamiche subite dal modello di aereo DC-6B in una galleria del vento per analizzarne le prestazioni di volo e la stabilità.