COMPARISON OF SEVERAL GLIDER FEATURES USING THE SOFTWARE XFLR5 – CHAPTER 4

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COMPARISON OF SEVERAL GLIDER FEATURES

USING THE SOFTWARE  XFLR5

Chapter 4

Analysis of flight modes

 

 

Analysis of flight modes:

We already have our model. We have placed its profiles in position along its wingspan, its tail and a less representative fuselage. We also have all the polar curves of all the profiles to all the Reynolds numbers that we think are going to be needed and we have estimated a frontal section equivalent to the fuselage drag. All this is what in my table of configurations is the “supra 12”. In fact they are three planes geometrically identical but that they have different profiles according to the deflection of their flaps.

Remember the three profiles in red the profile -02f for flight mode “speed” or “reflex”. In yellow I draw the nominal profile -00f or “cruise” mode. And in green color the profile with its flap at + 03f or “thermal” mode, we will see why the colors:

And now I paint in its same color its results

Here we must stop to analyze for a while and take some numbers;

f+03 f-00 f-02
CL/CDmax 25,2 24,9 23,9
atV(m/s) 6,8 7,4 7,7
095 max 23,9 23,7 22,7
V095+ 7,36 8,63 9,06
V095- 6,35 6,69 6,72
Margen 14,7% 25,3% 29,7%

 

What we get out of this analysis is: in both glide ratio and descent velocity the flap point + 3 is better than the nominal geometry. The only drawback of this geometry is the speed range. If we want to maintain 95% of that gliding coefficient, there is only a margin of 14.7% of speeds around the optimum.

While the geometry curves 00f and -02f have more margin. It will not be a coincidence that for nominal geometry that margin is 25%?

As a curiosity note lets mention that the rotation speed Vr of commercial aircraft when taking off, must be at least 25% higher than the stall speed Vstall, just in case, that is what the regulation establishes …

I have drawn those margins on white arrows and 25% for the thermal curve in light blue.

What does this tell us? That if we consider that we can fly very close to the optimum point (maximum range in this graph) it is better to fly in thermal mode but that if we are so –so, well, it is better to fly in cruising mode.

In unstable conditions it is better to fly the cruise mode, but when the balance of the apparatus is guaranteed, enter into thermal mode. The reflex mode does not have great advantages when establishing long stays.

In addition, for average horizontal speeds, the thermal mode is less efficient than the cruise mode: it is better to travel 30% further, even if 5% more height has been lost.

But if we really want to move fast, above 10m / s then it is the reflex mode that needs to be set. But have an eye on it: never before.

 

In this graph we draw two aspects of the same conclusion, the point (CL ^ 3/2 / CD )maximum, corresponds to the point of lower descent speed, or maximum autonomy, the point of maximum autonomy is at a speed less than the maximum range, In this case 6.5 m / s versus 6.8 m / s of the maximum range. Flying at the point of maximum autonomy is more risky it is closer to the stall: the famous “bells” that we all dislike in middle of a competition.

In view of these results the reader will understand why these names and surely is making plans to experiment in his next training.

Trimming for flight modes.

The reader of sharp sight and wit will have observed that the names that automatically generates XFLR5 is indicating which parameters each drawn polar collects but we have not yet spoken of that trm-1,5. In this case refers to the trim angle of the stabilizer with respect to chord line of the wing profile. ¨I have established that my Supra tilting stabilizer is 1.5 degrees in the direction pitching down.

This point is very close to the equilibrium position for the airplane in cruising mode …

XFLR5 allows us to calculate the momentum M around the center of gravity and when M is 0 that will be the trim or stable point of the model. XFLR5 allows us to designate a control variable that I have chosen directly the stabilizer angle of attack but that could be a deflection of a flap, or lift in the horizontal stabilizer.

I have superimposed on the original polars these control polars, which the system calculates by points and practically coincide with the original polar without deflection of the elevator because the starting position was already well chosen. As you see corresponds to a speed of 8 m / s of the airplane in cruise mode. This is true except in the extreme zones where the additional resistance of the stabilizer can have influence.

With these graphs we can ask if we have to change the trim of the stabilizer when changing flight mode and the answer is clear.

 

To fly at 6.7m / s in cruising mode (maximum autonomy) you have to deflect upwards the stabilizer another 1.3 degrees: a total of 2.8 degrees with the horizontal.

But to go to the point of maximum autonomy (thermal)you have to “push” 0.5 degrees from the latter (2.3 with the horizontal) position.

And if we decide to get fast, reflex mode above 10m / s, we have to push the stabilizer up to 0.5 degrees down (3.3 degrees against the cruise mode).

In summary these are the throws that says XFLR5 for a stabilizer of 114 mm:

Cruising mode: 5.6 mm upward (with respect to the neutral line of the profile) we already know, the absolute values will depend on the incidence with which the wing was built, for the differences, those we can believe.

Thermal Mode: 1mm down cruise

Speed Mode: 6.6 mm down cruise position

These are the numbers that come out of XFLR5 that I share with the reader. Then each will set what seems good for his model to operate perfectly.

Copyright (C)  2017  Javier Hernández Rodero.

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    under the terms of the GNU Free Documentation License, Version 1.3

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    A copy of the license is included in the section entitled “GNU

    Free Documentation License”. http://www.gnu.org/licenses/fdl-1.3.html

 

Javier Hernández Rodero builds his own planes, with help from his friends and can be contacted in: japi (at) clubpetirrojo (dot) com


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COMPARACION DE VARIAS CARACTERISTICAS DE PLANEADORES

USANDO EL  PROGRAMA XFLR5

Capítulo 4

Análisis de los modos de vuelo

Análisis de los modos de vuelo:

Ya Tenemos nuestro modelo. Le hemos colocado sus perfiles en su posición a lo largo de la envergadura, su cola y un fuselaje más menos representativo. También tenemos todas las curvas polares de todos los perfiles a todos los números de Reynolds que nos parece que van a hacer falta  y hemos estimado una sección frontal equivalente a la resistencia del fuselaje. Todo esto es lo que en mi tabla de configuraciones es el “supra 12”. En realidad son tres aviones geométricamente idénticos pero que tienen perfiles diferentes según la deflexión de sus flaps.

Recordemos los tres perfiles en rojo el perfil -02f para modo de vuelo “speed” o “reflex”. En amarillo pinto el perfil nominal -00f o modo “crucero”. Y en verde el perfil con sus flap a +03f o sea modo “térmico”, veremos porqué:

Y ahora pinto en su mismo color sus resultados

Aquí hay que pararse a analizar un rato y echar algunas cuentas;

 

f+03 f-00 f-02
CL/CDmax 25,2 24,9 23,9
atV(m/s) 6,8 7,4 7,7
095 max 23,9 23,7 22,7
V095+ 7,36 8,63 9,06
V095- 6,35 6,69 6,72
Margen 14,7% 25,3% 29,7%

 

Lo que sacamos de este análisis es: tanto en coeficiente de planeo como en velocidad de descenso el punto de flap+3 el mejor que la geometría nominal. El único inconveniente que presenta esta geometría es el margen de velocidades. Si queremos mantener el 95% de ese coeficiente de planeo solo hay un recorrido del 14,7% de velocidades alrededor de la óptima.

Mientras que las curvas de la geometría 00f y -02f tienen más margen. No será una casualidad que para la geometría nominal ese margen sea del 25%?

Como nota curiosa se puede destacar que la velocidad de rotación Vr de las aeronaves comerciales al despegar, debe ser al menos  un 25% superior a la velocidad de pérdida Vstall, por si acaso, eso es lo que establece la normativa…

He dibujado esos márgenes en flechas blancas y el 25% para la curva thermal en azul claro.

¿Que nos quiere decir esto? Que si consideramos que podemos volar muy cerca del punto óptimo ( máximo alcance en este gráfico) es mejor volar en modo térmico pero que si estamos así -así mejor volar en modo crucero.

En condiciones inestables es mejor volar el modo crucero, pero cuando el equilibrio del aparato está garantizado, entrar en modo térmico.  El modo reflex no presenta grandes ventajas a la hora de establecer permanencias largas.

Además para velocidades horizontales medias, el modo térmico es menos eficiente que el de crucero: es mejor recorrer un 30% de distancia más aunque se haya perdido un 5% más de altura.

Pero si realmente nos queremos mover rápido, por encima de 10m/s entonces es el modo reflex el que hay que poner. Pero ojo: nunca antes.

 

Es esta gráfica dibujamos dos aspectos de la misma conclusión el punto CL^3/2/CD máximo, corresponde al punto de menor velocidad de descenso, o máxima autonomía, el punto de máxima autonomía está a una velocidad menor que el de máximo alcance, en este caso 6,5 m/s frente a 6,8 m/s del de máximo alcance. Volar en el punto de máxima autonomía es más arriesgado por estar más cerca de la pérdida: los famosos “campanazos “ que a todos nos disgustan tanto en plena competición.

A la vista de estos resultados  el lector ya comprenderá el porqué de estos nombres y seguro que ya está haciendo planes para experimentar en su próximo entrenamiento.

Trimado para los modos de vuelo.

El lector de vista e ingenio agudos habrá observado que los nombres que automáticamente genera XFLR5 va indicando qué parámetros recoge la polar que se dibuja en cada tramo pero todavía no hemos hablado de ese trm-1,5 en este caso se refiere al ángulo de trimado del estabilizador con respecto a la línea de la cuerda del perfil del ala. ¨He establecido que el estabilizador basculante de mi Supra esté 1,5 grados en dirección a disminuir la velocidad.

Este punto está muy cerca de la posición de equilibrio para el avión en modo crucero…

XFLR5 nos permite calcular el momento alrededor del centro de gravedad M y cuando M sea 0 ese será el punto de trimado la que quedará el modelo. Es más nos permite designar una variable de control que yo he elegido directamente el asiento del estabilizador pero que podría ser un deflexión de un flap, o elevador en el estabilizador horizontal.

He superpuesto a las polares originales estas polares de control, que el sistema calcula por puntos y prácticamente coinciden con la polares sin deflexión del elevador porque ya estaba bien elegida la posición de partida que como veis corresponde a una velocidad de 8 m/s del avión en modo crucero excepto en las zonas extremas en donde la resistencia adicional del estabilizador pueden influir.

Con estas gráficas nos podemos preguntar si hay que cambiar el trim del estabilizador al cambiar modo de vuelo y la respuesta está bien clara.

 

Para volar a 6,7m/s en modo crucero (maxima autonomia) hay que deflectar hacia arriba el estabilizador otros 1,3 grados un total de 2,8 grados con la horizontal.

Pero para ir al punto de máxima autonomía hay que “picar” 0,5 grados frente a esta última (2,3 con la horizontal) posición.

Y si decidimos ponernos rápidos, modo reflex por encima de 10m/s hay que picar el estabilizador hasta 0,5 grados hacia abajo (3,3 grados frente al modo crucero).

En resumen estos son los throws que dice XFLR5 para un estabilizador de 114 mm:

Modo crucero:  5,6 mm arriba (con respecto a la línea neutra del perfil) ya sabemos, los valores absolutos dependerán de la incidencia con la que se haya construido el ala, para las diferencia, esas sí nos las podemos creer.

Modo Thermal: 1mm abajo de crucero

Modo Speed: 6,6 mm abajo de crucero

Estos son los números que salen deXFLR5 que yo comparto con el lector. Luego cada uno que ponga lo que a bien le parezca para que su modelo opere a la perfección.

 

Copyright (C)  2017  Javier Hernández Rodero.

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Javier Hernández Rodero se construye sus propios modelos, con ayuda de sus amigos y puede ser contactado en japi (at) clubpetirrojo (punto) com