Física de vuelo para un rollo [cerrado]

Estoy trabajando en un proyecto favorito para escribir un juego con física de vuelo. No será un simulador sino mucho más sencillo.

lo que he hecho hasta ahora

Creé componentes alados que generan sustentación y arrastre usando las fórmulas básicas que encontré en línea. Pido disculpas si parte de la información de depuración no es terminología estándar.

Física básica

Las flechas verdes en la imagen muestran que la fuerza y ​​la magnitud comienzan a aplicarse. Las líneas amarillas son el flujo de aire relativo.

Lo que no puedo hacer funcionar y entender

Al principio, todos los componentes usaban la misma velocidad de avance calculada mirando el CG. Solo una manera fácil de ver a qué velocidad se movía el avión. El avión voló en línea recta cuando se "lanzó" nivelado y se corregirá automáticamente si se lanza con un ligero ángulo de balanceo.

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El problema comienza cuando cada componente comienza a calcular su velocidad de avance individual. Incluso con diedro aplicado a las alas, el avión comenzará a rodar hacia la izquierda cada vez más.

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Puedes ver que el ala izquierda tiene un AOA ligeramente más alto como resultado del diedro. PERO tiene una velocidad más baja que el ala derecha porque el avión está guiñando (creo). Esta velocidad más baja hace que el ala derecha produzca más sustentación y el avión rueda más hacia la izquierda. Cuanto más rueda hacia la izquierda, más acelera el ala derecha, lo que hace que produzca aún más sustentación.

Me he cansado de aumentar el timón, pero eso no ayudó en nada. Quitar el timón hace que el avión se corrija en exceso y luego gire hacia la izquierda también.

¿Alguien puede explicar qué se supone que sucede cuando un avión rueda? Por lo que veo, el avión gira a la izquierda, se inclina ligeramente hacia abajo. El ala derecha "se balancea" hacia adelante más rápido que la izquierda causando más sustentación...

No está completamente claro si está tratando de modelar un giro intencional comandado por el piloto, como un giro de alerón completo. -- o cómo reacciona el avión si un poco de turbulencia lo pone en un ángulo de alabeo no deseado que el piloto no hace nada para corregir. En el último caso, no es realmente un "rollo" lo que está tratando de modelar. Estoy tratando de pensar cuál sería una terminología más clara.
Me disculpo, veo lo que quieres decir. Esto es sin ninguna entrada piloto en absoluto en esta etapa. Es básicamente un modelo de avión que comienza a "lanzarse" y no estaba completamente nivelado en ese momento. No hay turbulencia ni ninguna fuerza que actúe sobre el avión, excepto la sustentación, la gravedad y la resistencia. Imagina uno de esos aviones de balsa de 2 partes donde deslizas el ala en una ranura en el cuerpo. Lo lanzas, pero las alas están en un ángulo de 45'. El avión comienza a nivelarse justo después de que lo hayas lanzado. Mi pregunta es por qué se nivela, no veo eso en mi modelo ya que el ala exterior genera más sustentación.
El problema al que me enfrentaba se conoce como estabilidad en espiral y parece que el área de la superficie diedra y del timón juegan los roles más importantes. rc-soar.com/tech/espiral.htm

Respuestas (2)

El avión típico no es estable en balanceo . El ala exterior vuela un poco más rápido, lo que de hecho hace que produzca un poco más de sustentación y eso a su vez hará que se ladee en el giro, apretándolo y, si no se corrige, terminando en un picado en espiral .

En un giro coordinado, un avión ni siquiera puede estabilizarse en balanceo. No hay forma de crear una fuerza restauradora sin involucrar un deslizamiento lateral. Lo único que se puede proporcionar es el acoplamiento de guiñada y balanceo donde un deslizamiento produjo un momento de balanceo en el giro deslizante. Este momento de balanceo se ve afectado por diedro y barrido.

Afortunadamente, a medida que el giro se endurece, si el timón se mantiene fijo, se desarrolla algo de deslizamiento que puede proporcionar la fuerza de restauración que reduce el alabeo. Sin embargo, provoca otro modo dinámico, el rollo holandés .

A medida que aumenta el banco, la tendencia cambia de rollo holandés a modo espiral. Si quisiera evitar el modo espiral, el balanceo holandés sería muy fuerte, por lo que los aviones prácticos están diseñados con un acoplamiento de balanceo de guiñada moderado y requieren un poco de alerón opuesto en los giros.

Veo exactamente lo que describiste. El avión en este momento continúa en una inmersión en espiral. Mi único vuelo (lo he hecho yo mismo), ha sido con modelos de aviones. Esperaba que se comportara de la misma manera. Si observa un "primer avión RC" típico como un Gentle Lady Gilder que no tiene alerones, sino solo controles de timón y elevador, ¿qué hace que este modelo se autocorrija en un rollo? Digamos que usó agresivamente el timón que hizo que el avión se balanceara y girara, y usted vuelve a centrar el timón. ¿Por qué eso no continuaría también en una espiral?
@CharlCillie, probablemente tenga un acoplamiento de guiñada y balanceo bastante fuerte. Aún así, creo que continuaría en una inmersión en espiral si hiciera un giro lo suficientemente cerrado y solo centrara el timón en lugar de usar la entrada opuesta para finalizar el giro.
"En un giro coordinado, un avión ni siquiera puede estabilizarse en balanceo. No hay forma de crear una fuerza de restauración sin involucrar un deslizamiento lateral": esta es una declaración importante para todos los entusiastas aficionados de la estabilidad y la dinámica de control. comprender.

Su pregunta es difícil de entender rápidamente, y mucho menos responder bien. Para empezar, ¿qué estás haciendo exactamente con diedro? ¿Entiende cómo el torque de balanceo creado por diedro, en cualquier situación dada, se debe completamente al deslizamiento lateral y la forma resultante en que el flujo de aire lateral "ve" cada ala en un ángulo de ataque diferente?

Si no, eso es algo que debería arreglarse antes de que puedas continuar con esto. Si desea que su avión "modelo" tienda automáticamente a retroceder lentamente hacia el nivel en ausencia de desviación del alerón, tendrá que modelar cómo el vuelo inclinado y girando implica una trayectoria de vuelo curva, lo que significa que hay un aspecto curvo al viento relativo, que tiende a hacer que la aleta vertical "sienta" un flujo de aire lateral, lo que genera un par de guiñada que desplaza el morro hacia el exterior del giro, exponiendo el ala a un flujo de aire lateral. Así: https://www.av8n.com/how/htm/yaw.html#sec-long-tail-slip. No es suficiente imaginar que el avión simplemente tiende a "caer" hacia la punta del ala baja cada vez que se inclina; eso no es realmente lo que provoca el deslizamiento. Se trata del flujo curvo. Y ciertamente no es correcto imaginar que el diedro (o la ubicación del ala alta) creará CUALQUIER tendencia de autonivelación, en ausencia de deslizamiento (flujo lateral).

Básicamente, están sucediendo tantas cosas aquí que es posible que deba hacer unas diez preguntas diferentes para incluso comenzar a "desempaquetar" cómo se debe mejorar el modelo de su computadora. Un buen comienzo sería leer detenidamente este sitio web y prestar mucha atención a todas las secciones que se ocupan de la estabilidad de guiñada, la estabilidad de balanceo, el deslizamiento lateral, el control de balanceo, etc. -- https://www.av8n.com/how/

Es normal que un avión con solo un diedro modesto tienda a terminar en un ángulo de alabeo más pronunciado, pero si no está modelando con precisión los efectos estabilizadores del diedro, como supongo que puede ser el caso, terminará sobre -estimar esta tendencia del ángulo de alabeo a aumentar por sí solo.

Le animo a que trate de pensar en algunas preguntas individuales más concretas que le ayuden a "desarrollar" su problema un poco más.

Imagínese si puede los días antes de los controles remotos donde los aviones de "juguete" solo tendrían un motor que los levantaría en el aire en una lenta espiral. Sin entrada de piloto. El motor se quedaría sin combustible y el modelo se deslizaría hacia abajo. Esperaba que el diedro fuera la razón principal por la que el avión no volcara. Veo que el ala inferior tiene un AOA más grande y tiene sentido. El problema es que el ala superior tiene una mayor velocidad de flujo de aire, lo que hace que tenga más sustentación. En vez de corregir el plano lo rueda más. Estoy tratando de entender por qué el mundo real no se da la vuelta también.
Gracias por su respuesta y enlaces. Son una olla de oro para mí. Trabajaré exactamente en lo que estoy tratando de averiguar y después de leer toda la información a la que se vinculó, regresaré.
Es cierto lo que dices sobre el ala más alta, el ala en el exterior del giro, que tiene una mayor velocidad aerodinámica. También es cierto lo que dice acerca de que el ala inferior tiene un ángulo de ataque más alto debido al diedro, en presencia de un flujo lateral hacia la punta del ala alta, pero la cuestión de qué está causando exactamente el flujo lateral no es simple. uno. Realmente no es adecuado imaginar que el avión simplemente está "cayendo": hacia la punta del ala baja. De todos modos, veo que estás en el camino correcto de alguna manera en términos de tratar de pensar críticamente sobre algunos de estos temas.
Gracias por tomarse el tiempo para compartir su conocimiento. Voy a profundizar y descubrir por qué no veo los resultados que espero y lo compartiré aquí.
Física de vuelo para un rollo [cerrado]
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