Flugphysik für eine Rolle [geschlossen]

Ich arbeite an einem Lieblingsprojekt, um ein Spiel mit Flugphysik zu schreiben. Es wird kein Simulator sein, sondern viel einfacher.

Was ich bisher gemacht habe

Ich habe geflügelte Komponenten erstellt, die Auftrieb und Widerstand erzeugen, indem ich die grundlegenden Formeln verwende, die ich online gefunden habe. Ich entschuldige mich, wenn einige der Debug-Informationen nicht der Standardterminologie entsprechen.

Grundlegende Physik

Die grünen Pfeile im Bild zeigen den Kraft- und Betragsbeginn, der angewendet wird. Die gelben Linien sind der relative Luftstrom.

Was ich nicht zum Laufen bringen und verstehen kann

Zunächst verwendeten alle Komponenten die gleiche Vorwärtsgeschwindigkeit, die aus dem Blick auf den Schwerpunkt errechnet wurde. Nur eine einfache Möglichkeit, um zu sehen, mit welcher Geschwindigkeit sich das Flugzeug bewegte. Das Flugzeug flog gerade, wenn es gerade "geworfen" wurde, und es korrigiert sich selbst, wenn es mit einem leichten Rollwinkel geworfen wird.

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Das Problem beginnt, wenn jede Komponente beginnt, ihre individuelle Vorwärtsgeschwindigkeit zu berechnen. Selbst wenn die Flügel auf eine V-Form aufgebracht werden, beginnt das Flugzeug immer mehr nach links zu rollen.

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Sie können sehen, dass der linke Flügel aufgrund der Dieder eine etwas höhere AOA hat. ABER es hat eine geringere Geschwindigkeit als der rechte Flügel, weil das Flugzeug giert (glaube ich). Diese geringere Geschwindigkeit bewirkt, dass der rechte Flügel mehr Auftrieb erzeugt und das Flugzeug mehr nach links rollt. Je mehr es nach links rollt, desto schneller wird der rechte Flügel, wodurch er noch mehr Auftrieb erzeugt.

Ich habe es satt, das Ruder zu erhöhen, aber das hat überhaupt nicht geholfen. Das Entfernen des Seitenruders führt dazu, dass das Flugzeug überkorrigiert und dann auch nach links rollt.

Kann jemand erklären, was passieren soll, wenn ein Flugzeug rollt? Soweit ich sehe, rollt das Flugzeug nach links, es neigt sich leicht nach unten. Der rechte Flügel "schwingt" schneller nach vorne als der linke und verursacht mehr Auftrieb.....

Es ist nicht ganz klar, ob Sie versuchen, eine absichtliche, vom Piloten befohlene Rolle zu modellieren - wie eine vollständige Querruderrolle? -- oder wie das Flugzeug reagiert, wenn ein bisschen Turbulenz es in eine unerwünschte Schräglage bringt, die der Pilot nicht korrigiert. Im letzteren Fall ist es nicht wirklich eine "Rolle", die Sie zu modellieren versuchen - ich versuche zu überlegen, was eine klarere Terminologie wäre -
Ich entschuldige mich, ich verstehe, was du meinst. Dies geschieht zu diesem Zeitpunkt ohne jegliche Piloteneingabe. Es ist im Grunde ein Modellflugzeug, das "geworfen" wird und in diesem Moment nicht ganz eben war. Es gibt keine Turbulenzen oder andere Kräfte, die auf das Flugzeug wirken, außer Auftrieb, Schwerkraft und Luftwiderstand. Stellen Sie sich eines dieser zweiteiligen Balsaflugzeuge vor, bei denen Sie den Flügel in einen Schlitz im Körper schieben. Sie werfen es, aber die Flügel stehen in einem 45-Fuß-Winkel. Das Flugzeug beginnt sich direkt nach dem Start auszunivellieren. Meine Frage ist, warum es sich ausgleicht. Ich sehe das in meinem Modell nicht, da der Außenflügel mehr Auftrieb erzeugt.
Das Problem, mit dem ich konfrontiert war, ist als Spiralstabilität bekannt, und es scheint, dass die V- und Ruderoberfläche die größten Rollen spielen. rc-soar.com/tech/spiral.htm

Antworten (2)

Ein typisches Flugzeug ist nicht rollstabil . Der äußere Flügel fliegt etwas schneller, wodurch er in der Tat etwas mehr Auftrieb erzeugt, was wiederum dazu führt, dass er sich in die Kurve neigt, ihn strafft und, wenn er unkorrigiert bleibt, in einer Steilspirale endet .

In einer koordinierten Kurve kann ein Flugzeug nicht einmal rollstabil gemacht werden. Es gibt keine Möglichkeit, eine Rückstellkraft zu erzeugen, ohne Seitenschlupf einzubeziehen. Das einzige, was bereitgestellt werden kann, ist die Gier-Roll-Kopplung, bei der ein Schlupf ein Rollmoment in die Schlupfkurve erzeugt. Dieses Rollmoment wird durch Dieder und Sweep beeinflusst.

Glücklicherweise entwickelt sich, wenn die Wende fester wird, wenn das Ruder festgehalten wird, ein gewisser Schlupf, der die Rückstellkraft bereitstellen kann, die die Querneigung verringert. Es bewirkt jedoch einen weiteren dynamischen Modus, die Holländerrolle .

Mit zunehmender Querneigung ändert sich die Tendenz vom Dutch-Roll- zum Spiral-Modus. Wenn Sie den Spiralmodus vermeiden wollten, wäre die niederländische Rolle sehr stark, daher sind praktische Flugzeuge mit einer mäßigen Gier-Roll-Kopplung ausgelegt und erfordern ein wenig entgegengesetztes Querruder in Kurven.

Ich sehe genau das, was du beschrieben hast. Das Flugzeug setzt im Moment eine Steilspirale fort. Mein einziges Fliegen (ich habe es selbst gemacht) war mit Modellflugzeugen. Ich hatte erwartet, dass es sich genauso verhält. Wenn Sie sich ein typisches "erstes RC-Flugzeug" wie eine Gentle Lady Gilder ansehen, das keine Querruder, sondern nur Seiten- und Höhenrudersteuerung hat, was bewirkt, dass dieses Modell sich bei einer Rolle selbst korrigiert? Nehmen wir an, Sie haben das Seitenruder aggressiv benutzt, was dazu geführt hat, dass das Flugzeug giert und rollt, und Sie zentrieren das Seitenruder erneut. Warum sollte sich das nicht auch in einer Spiralrolle fortsetzen?
@CharlCillie, es hat wahrscheinlich eine ziemlich starke Gier-Roll-Kopplung. Trotzdem würde ich denken, dass es in einem Spiraltauchgang weitergehen würde , wenn Sie eine ausreichend scharfe Kurve machen und nur das Ruder zentrieren, anstatt die entgegengesetzte Eingabe zu verwenden, um die Kurve zu beenden.
"In einer koordinierten Kurve kann ein Flugzeug nicht einmal rollstabil gemacht werden. Es gibt keine Möglichkeit, eine Rückstellkraft zu erzeugen, ohne Seitenschlupf mit sich zu bringen" - dies ist eine wichtige Aussage für alle Amateur-Enthusiasten von Stabilität und Steuerdynamik verstehe.

Ihre Frage ist schwer schnell zu verstehen, geschweige denn gut zu beantworten. Für den Anfang, was genau machst du mit Dieder? Verstehen Sie, wie das durch die V-Form erzeugte Rolldrehmoment in einer bestimmten Situation vollständig auf Seitenschlupf zurückzuführen ist und die daraus resultierende Art und Weise, wie der seitliche Luftstrom jeden Flügel in einem anderen Anstellwinkel "sieht"?

Wenn nicht, ist dies eine Sache, die behoben werden müsste, bevor Sie damit fortfahren können. Wenn Sie möchten, dass Ihr "Modell" -Flugzeug automatisch dazu neigt, ohne Querruderausschlag langsam in die Horizontale zurückzurollen, müssen Sie modellieren, wie geneigter, drehender Flug eine gekrümmte Flugbahn beinhaltet, was bedeutet, dass es einen gekrümmten Aspekt gibt zum relativen Wind, der dazu neigt, die vertikale Flosse einen seitlichen Luftstrom "fühlen" zu lassen, der ein Giermoment erzeugt, das die Nase zur Außenseite der Kurve verschiebt und den Flügel einem seitlichen Luftstrom aussetzt. Etwa so: https://www.av8n.com/how/htm/yaw.html#sec-long-tail-slip. Es reicht nicht aus, sich vorzustellen, dass das Flugzeug einfach dazu neigt, in Richtung der niedrigen Flügelspitze zu "fallen", wenn es sich neigt - das ist nicht wirklich der Grund für den Schlupf. Es dreht sich alles um den geschwungenen Fluss. Und es ist sicherlich nicht richtig, sich vorzustellen, dass die Dieder (oder die hohe Flügelplatzierung) ohne Schlupf (seitliche Strömung) überhaupt JEDE Selbstnivellierungstendenz erzeugen.

Im Grunde ist hier also so viel los, dass Sie vielleicht zehn verschiedene Fragen stellen müssen, um überhaupt zu „entpacken“, wie Ihr Computermodell verbessert werden muss. Ein guter Anfang wäre, diese Website zu lesen und alle Abschnitte genau zu beachten, die sich mit Gierstabilität, Rollstabilität, Seitenschlupf, Rollkontrolle usw. befassen - https://www.av8n.com/how/

Es ist normal, dass ein Flugzeug mit nur bescheidener Dieder dazu neigt, in einen steileren Querneigungswinkel zu geraten, aber wenn Sie die stabilisierenden Effekte der Dieder nicht genau modellieren, wie ich vermute, werden Sie am Ende vorbei sein - Schätzen dieser Tendenz, dass der Querneigungswinkel von selbst zunimmt.

Ich möchte Sie ermutigen, sich einige enger gefasste, individuelle Fragen auszudenken, die Sie stellen können, um Ihnen dabei zu helfen, Ihr Problem weiter zu „entpacken“.

Stellen Sie sich die Tage vor Fernsteuerungen vor, wo "Spielzeug"-Flugzeuge nur einen Motor hatten, der sie in einer langsamen Spirale in die Luft ziehen würde. Keine Piloteneingabe. Dem Motor würde der Treibstoff ausgehen und das Modell würde nach unten gleiten. Ich erwartete, dass die Dieder der Hauptgrund dafür sein würde, dass das Flugzeug nicht umkippt. Ich sehe, dass der untere Flügel einen größeren AOA hat und es Sinn macht. Das Problem ist, dass der obere Flügel eine höhere Luftströmungsgeschwindigkeit hat, was dazu führt, dass er mehr Auftrieb hat. Anstatt das Flugzeug zu korrigieren, rollt es mehr. Ich versuche zu verstehen, warum die reale Welt nicht auch umdreht.
Danke für deine Antwort und Links. Sie sind für mich ein Goldschatz. Ich werde genau an dem arbeiten, was ich herauszufinden versuche, und nachdem ich alle von Ihnen verlinkten Informationen gelesen habe, melde ich mich zurück.
Es stimmt, was Sie über den höheren Flügel sagen, den Flügel auf der Außenseite der Kurve, der eine höhere Fluggeschwindigkeit hat. Es ist auch wahr, was Sie sagen, dass der untere Flügel aufgrund der Dieder einen höheren Anstellwinkel hat, wenn eine seitliche Strömung zur hohen Flügelspitze vorhanden ist, aber die Frage, was genau die seitliche Strömung verursacht, ist nicht einfach einer. Es ist nicht wirklich angemessen, sich vorzustellen, dass das Flugzeug einfach "fällt": in Richtung der niedrigen Flügelspitze. Wie auch immer, ich sehe, dass Sie in gewisser Weise auf dem richtigen Weg sind, wenn Sie versuchen, einige dieser Probleme kritisch zu hinterfragen.
Vielen Dank, dass Sie sich die Zeit genommen haben, Ihr Wissen zu teilen. Ich werde mich vertiefen und herausfinden, warum ich nicht die Ergebnisse sehe, die ich erwarte, und sie hier teilen.
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