Vždycky si někde něco přečtu a vybudí mě to k napsání článku – tentokrát mě inspirovala RCmanie a kombinace potahu z fólie a papíru (torzka fólie, vzadu vlies/papír). Není to nic nového, jak ukazuje tato (recyklovaná, tj. už jste ji na těchto stránkách mohli vidět 😳 ) fotka Frantova modelu. Vždycky jsem ale pochyboval, že se kombinovaný potah vyplatí, nevěřil „invigorátorům“ a podobným kouzlům. Pokusím se vysvětlit proč. Ještě předesílám, že pokud vám kombinované potahy a „oživovače“ fungují, nenechte se mou skepsí odradit 😉 .
Separační bublina
Dal jsem si za úkol vyhnout se vzorečkům 😉 , nicméně je potřeba vědět, že:
1) Pro proudění platí Bernoulliova rovnice, která říká (zhruba), že když se zvětšuje rychlost, klesá tlak, a naopak.
2) Bezprostředně u povrchu (např. křídla) vzduch stojí, ve vzdálenosti od křídla má vzduch nějakou rychlost. Je to důsledek tření (viskozity vzduchu).
3) Vrstvičky vzduchu se po sobě mohou posouvat, vzájemně se nepromíchávají. Takovému proudění se říká laminární (lamina = plátek, vrstvička)
4) Vrstvičky vzduchu se mohou navzájem proplétat a míchat. Takovému proudění se říká turbulentní.
I tento obrázek je zrecyklovaný. Ukazuje tlakové pole okolo profilu. Budu zatím uvažovat pouze horní stranu profilu, takže šipka nahoru představuje podtlak. Představte si, že jste molekula vzduchu a právě jste pod sebou minuli náběžnou hranu křídla. Zažijete prudké zrychlování, protože za vámi je větší tlak než před vámi, rozdíl tlaků tlačí do zad. To ovšem platí jen do doby, než se dostanete přibližně do úrovně maximální tloušťky profilu. Najednou se tlaky za vámi a před vámi začnou vyrovnávat a tlakový rozdíl začne působit proti pohybu, zepředu (šipky se zkracují, to znamená, že podtlak za vámi je větší než před vámi). Pokud máte dostatečnou energii, rychlost, vysoké Reynoldsovo číslo, tak budete sledovat obrys profilu díky setrvačnosti. Pokud je energie malá (nízké Re číslo), tak sledovat obrys profilu nevydržíte (dojde k oddělení proudnic, separaci). Až k bodu separace bylo proudění laminární, vrstvičky se po sobě posouvaly.
Vy, pomalá molekula vzduchu, se společně s kamarádkami vzdalujete od povrchu profilu. Pod sebou pozorujete zpětné proudění z oblasti vyššího tlaku vzduchu. Kousek od povrchu profilu ale do vaší vrstvy narazí vrstva čerstvého vzduchu, promícháte se a protože nad křídlem je pořád ještě podtlak, opět vás přitáhne k povrchu. Až k odtokové hraně budete sledovat povrch křídla, ale už ne v hladkém laminárním proudění, nýbrž rozdivočelém turbulentním.
Omlouvám se za zjednodušení 🙂 , ale takto to typicky bývá na křídlech našich modelů.
Tento diagram (a další níže) je převzatý z NASA zprávy UNDAS 1419 nazvané „Experimentální měření laminární separační bubliny na profilu Eppler E387 při nízkých Reynoldsových číslech“ a ukazuje horní stranu profilu, na které se děje zhruba to, co jsem napsal výše. Separace (separation) je bod, kde dojde k odchýlení laminárního proudění od povrchu profilu, tranzice (transition) je místo, kde je dokončen přechod z laminárního na turbulentní proudění, opětovné připojení (reattachment) je místo, kde se turbulentní proudění opět připojí k povrchu.
Polohu těchto tří bodů (separace, tranzice, opětovné připojení) na E387 pro Re=100000 a různé úhly náběhu ukazuje tento diagram. Povšimněte si, že při opravdu velkých úhlech náběhu se celý proces odehraje hned za náběžnou hranou. Na druhou stranu se při malých úhlech náběhu může bublina „rozlézt“ na polovinu hloubky křídla.
Poloha turbulátoru
Separační bublina je nepříjemná, zvětšuje odpor a může ohrozit i řiditelnost. Turbulentní proudění umí (pomocí proplétání proudových vrstev a vláken) udržovat energii, takže se v modelářské praxi vžilo používání prostředků, kterými se proudění z laminárního převede na turbulentní – turbulátorů.
Turbulátor by měl být umístěný pokud možno co nejblíže separačnímu bodu. Ve výše uvedeném příkladě E387 při Re=100000 pravděpodobně mezi 20 a 30% hloubky křídla. Když bude dále, v prostoru separační bubliny, tak už bude naprosto neúčinný. Jinak řečeno, drsnost povrchu křídla za separačním bodem je úplně na nic. Proudění už je buď utržené (separační bublina) nebo už je přimknuté a turbulentní.
Tloušťka turbulátoru
Na povrchu křídla vzduch stojí, o kousek dál má rychlost. Vrstvě, ve které se vzduch urychluje v důsledku tření, se říká mezní vrstva. Turbulátor musí být tak vysoký, ale tuto mezní vrstvu přesahoval. Jinak řečeno, nerovnosti profilu schované v mezní vrstvě nemají žádný vliv. NASA zpráva obsahuje i výsledky měření tloušťky a rychlostního profilu v mezní vrstvě, pokud by to někoho zajímalo.
Důležité je, že se tloušťka mezní vrstvy směrem od náběžné k odtokové hraně zvětšuje, tj. čím dále od náběžné hrany se turbulátor umístí, tím musí být silnější, a zejména že tloušťka mezní vrstvy se zmenšuje s rostoucím Re číslem.
Tento diagram jsem „ukradl“ ze stránek Martina Hepperleho.
V lednovém čísle FMT (01.2023) je další díl z měření v amatérském aerodynamickém tunelu.
Na vzorku křídla je ve 20% hloubky umístěný turbulátor v podobě zubatého pásek s tloušťkou 0.255 mm. Snímky jsou pořízené termokamerou, nejsvětlejší místa jsou ta nejméně ochlazované, tj. místa separační bubliny. Je vidět, že úplně vlevo (při nejmenším Re čísle) je bublina menší, ale proudění za turbulátorem je pořád ještě laminární. Mezní vrstva je silnější než výška turbulátoru. Na snímku úplně vpravo, při velké rychlosti proudění, už turbulátor laminární proudění úspěšně zrušil.
Polára
I následující obrázek recykluji.
Zeleně je polára profilu AG35 při Re=80000 vypočítaná programem Xfoil (XLFR5 jej také používá). Modře je polára naměřená v aerodynamickém tunelu. I když výpočet bublinu nenaznačuje, na naměřené poláře vidět je – nárůst odporu v okolí součinitele vztlaku 0.5-0.7. Červená čára přísluší vzorku křídla bez tuhého potahu torzní skříně, polára je hladká, bez bubliny. Náběžka zřejmě funguje jako turbulátor v celém rozsahu úhlu náběhu.
Shrnutí
Domnívám se, že separační bublina na našich modelech je nepříjemná skutečnost. Asi se jí dá vyhnout pečlivým návrhem profilu, i když rozdíly mezi výpočtem a měřením jsou (odkazuji na graf výše), takže ani na Xfoil se nedá 100% spolehnout.
Separační bublina se může při rychlém letu vytvořit i na spodní straně profilu, pozor na to.
Co se rozdílů mezi hladkým a drsným povrchem týká, tak bych spíše použil na torzce vlies a vzadu folii. Ideálně možná vlies jen mezi 20 a 50% hloubky, ale to už je možná lepší použít jen fólii a pásek turbulátoru. Ale aerodynamika nízkých Re čísel je natolik zrádné pole, že se asi nikdy nedoberu jednoznačného závěru. Mám pocit, že je to spíše taková mozaika, do které je třeba zasadit mnoho střípků, aby se člověk dobral nějakého poznání.
Honza
25.3.2023
Nelze než souhlasit. Na volňáscích se kombinace papírový potah přední části, folie vzadu používala (cca osmdesátá léta), a – jasně, ve spojení s turbulátorem vpředu (cca 10%).
Třeba Saper 13 (začátek sedmdesátých let) měl, díky struně přilepené na spodní pásnici nosníku, turbulátor vespod.
Zbývající „zaručeně dobré výsledky“ proplouvají modelařinou jako módní vlny návrhářským salonem ve Francii 🙂
Teď je to jasné – v letošní sezóně bude IN motýl a kombinace potahů naopak. No a na rok 2024 přijde černá směrovka, protože černá pohlcuje. Co, to já nevím, ale někdo to napíše někam na fejsbůk a bude!
Počasí už mívá lepší chvilky, tož létejme a mějme z toho radost!
A nejlíp lítá model, kterému jeho pilot věří!
Ahoj Pavle,
Už to tady jednou bylo – http://www.rcex.cz/?p=1214 . Je to 13 let. Zdá se, že vývoj opět pokročil, budu to muset sepsat 🙂
Neměl Saper 13 žebra navlečená na nosníky? Já mám pocit, že jsem se trápil děláním děr do bloku žeber vrtačkou a jehlovými pilníky. Ale už je to dávno, možná si jen nepamatuji.
H.
struna na Saperovi bola len akože na spevnenie konštrukcie, nie ako turbulátor. nosnik bol zapustený v rebrách takže nevyčuhoval do spodného obrysu.
Honzo, sice s tebou narozdíl od motýla tentokrát v závěru souhlasím (taky bych spíš buď nekombinoval anebo kombinoval opačně), ale…
Nedá se totiž popřít, že řešení nějak pracující s prouděním „nahoře vzadu“ zas tak velkou módní novinkou nejsou, tzv. invigorátory přišly do módy už u F1A na konci 80tých let a pokud si pamatuji, tak to bylo dokonce na základě celkem exaktních měření, nepřišlo to samo od sebe. Možná něco bude mít poznamenané Ivan Hořejší, bylo to zrovna v době, kdy byl na vrcholu své soutěžní F1A aktivity a hodně to užíval jeho asi největší soupeř Brennan (snad jméno nepletu).
Takže bych byl trochu opatrný – ryze intuitivně bych to viděl tak, jak píšeš ty, ale úplně jistý si s tím nejsem, tohle opravdu není žádný „aktuální nápad“ a nepřišlo to samo od sebe.
Ahoj Tomáši, nad těmi invigorátory jsem kroutil hlavou už před mnoha lety, intuitivně mi to nepřišlo dobře. Původní Presnellovu zprávu jsem nenašel, něco je popsané tady – https://medium.com/rc-soaring-digest/rediscovering-martin-simons-4e67932ebcb8
Teoreticky je možné, že se vytvoří separační bublina a po jejím opětovném přilnutí k povrchu křídla přejde proudění opět v laminární. Ale k tomu by mohlo dojít jen při hodně nízkých Re číslech. Možná je za tím hodně klenutý profil u volňásků, možná něco úplně jiného. V každém případě se neví, proč invigorátory fungují, pokud vůbec, žádné srozumitelné vysvětlení asi není. Asi by stálo za to proměřit mezní vrstvu s a bez invigorátorů (jako ve výše odkazované zprávě o měření E387), ale to je asi hodně náročný (časově i finančně) úkol.
Zůstávám nepřesvědčen, přijde mi to jako blbost, ale mýlím se často a rád 🙂
H.
bol to Cenny Breemna z Belgicka. Jeho A2 mali tuhy potah kridla, profil B6535b modifikovany v koreni kôli ohybovej pevnosti.
Cenny začal používať invigorátory, ked bolo sypmózium „volného letu“ a tak sa objavila štúdia o invigorátoroch a ich umiestnení na krídle.
určite má Ivan Hořejší skoriguje ale aj on použil na kludovej A2 „851“ s profilom AL33 (od Andreasa Lepa) invigorátory.
ak si dobre pamatam malo to slúžit na lepsiu stabilitu letu po prípadnom rozhojdaní stihleho modelu
Ahoj Honzo.
Další parádní článek! Díky za teorii bez vzorečků. Turbulátory se na volných modelech používají ve všech kategoriích které jsem létal. Používal jsem je na modelech A3, A1, F1A. Zkoušel jsem různé tvary i umístění. Došel jsem k závěru, že je to hodně individuální a záleží na konkrétním profilu a potahu. Měl jsem několik modelů( A3,A1 i F1A) s náběžkou jako má Slite akorát tam byl smrkový nosník místo uhlíkový tyčky. Je zajímavý, že ta zvlněná náběžka potřebovala ještě turbulátor… Á-dvojka byla jako takový retro:-). To bylo v době, kdy už se běžně lítalo s uhlíkáčema s uhlíkovým D boxem a s LDA profily. Naprosto školní model s turbulátorem v 5%. Byla to moje nejlepší Á-dvojka jakou jsem měl. Byl jsem s ní i párkrát na svěťáku v rozlítávání a lidi si to fotili jako unikát. Bohužel mi ulítla na Všechově. Po dvou minutách zmizela v mraku. To je zajímavost pro ty co se snaží maximálně dodržet tvar profilu… Měl jsem model F1A s profilem E385. Zkoušel jsem různé umístění turbulátoru a model lítal stejně s, i bez toho. Jednu sezónu jsem s tímto modelem celou odlítal bez turbulátoru, ale pak ho tam pro jistotu dal… Ještě doplním, že profily LDA u F1A mívají turbulátory v 50-60% hloubky křídla a někdo ještě zdrsňuje horní povrh profilu (až za hlavním nosníkem, tedy v rozmezí 35-100% hloubky profilu, a přitom D-box je vyleštěný carbon). Viděl jsem ale i velmi úspěšně lítat LDA bez turbulátoru a s potahem folií( profil mid 103).
Samotné invigorátory v kombinaci s turbulátorem jsem zkoušel také. Ty mě ale nijak nepřesvědčily (profil B6356b). Na prvním modelu cca v roce 1986 jsem to měl z tenkých nití a pak na dalším modelu ze slabých pásků černé isolepy. Lítala s tím naše elita v F1A a pěkně to vypadalo. Změnu chování modelu jsem ale žádnou nepozoroval a modely i v klidu klouzaly stejně.
U RES jsem měl první Sambu (profil S3021) potaženou vliesem a druhou folií oralight. Myslel jsem si, že tam bude nějaký rozdíl, ale modely lítaly plus mínus stejně. Možná, že s tou folií to bylo při narychlení o malinko rychlejší ale pomalu to umělo točit jako vlies. Zkoušel jsem Sambu vylepšit turbulátorem, ale zlepšení se nekonalo.
U Resika je to jiné. Křídla potažená celá vliesem mi lítají nejlíp. Hlavně okolo minimálky a při točení je rozdíl v potahu znát. Folii jen na torzní skříni zkouším poprvé teď u Starcrosse ( docela to hezky vypadá:-)). Z prvních letů se mi zdá, že to je lepší než kdyby to bylo celé potažené folií. Dál pak to křížení těch diagonálních žeber způsobuje jakési zlomy a nerovnosti potahu což by možná mohlo vysvětlovat to, proč je při kroužení na minimálce stabilnější než Resik.
Turbulátory a typy potahových materiálů u těch našich dvoumetrovek je podle mě alchymie a pokud to chceme mít vyladěný nezbývá nám než zkoušet různé možnosti:-).
Ahoj Ivo,
děkuji za pochvalu a moc hezký příspěvek. Co si vzpomínám, tak jsem lepil turbulátory na všechny volňásky předem, bez zkoušení. Popravdě jsem do nějakých 20 let věku stejně nevěděl proč 🙂 .
Mají Resik a Starcross stejné profily? Pokud je to obchodní tajemství, tak neodpovídej. Já mám totiž problém letět se Sýčkem pomalu rovně. Možná jsem udělal moc velké vzepětí nebo nějakou jinou chybu, ale mám i domněnku, že se separační bublina hysterezně poflakuje po křídle podle aktuální rychlosti a úhlu náběhu. Potom by ta diagonální žebra mohla opravdu pomoci.
Stejně mi přijde zajímavé, že všichni uznávají, že hlavní je pilot, či spíše sladění pilota s modelem, ale pro o 1% lepší model jsme ochotni udělat cokoliv. Je to v lidské přirozenosti, asi. Mám od začátku roku se Sýčkem nalétáno asi 10 hodin (mimo jiných modelů), hlavně při kroužení je fantastický, ale stejně mně pořád vrtá hlavou, proč nechce létat pomalu, i když je takový letový režim prakticky nepoužitelný 🙂
H.
A co deturbulátor – znáte?
http://deturbulator.org/
A prezentace ze stejné stránky – http://deturbulator.org/DeturbulationNutshell.pdf
Je to přes 10 let staré, takže možná koncepce umřela na nedostatek zájmu, ale zajímavé to je. Možná i vysvětlení toho, jak fungují „invigorátory“. V každém případě mám námět k přemýšlení.
H.
… mám totiž problém letět se Sýčkem pomalu rovně …
Urcite nemas nejak pokroucene kridlo? Kdysi mi tak klickoval delal magnet F1E. Samozrejme bez moznosti zasahu cloveka.
Pokrouceni se nejlepe meri dvema rovnymi listami treba 3×5. Delka cca 500. Ty se polozi na konce mereneho dilu kridla a pohledem pres ne sleduje se, zda jsou rovnobezne.