COMPARISON OF SEVERAL GLIDER FEATURES USING THE SOFTWARE XFLR5 – CHAPTER 5

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COMPARISON OF SEVERAL GLIDER FEATURES

USING THE SOFTWARE  XFLR5

Chapter 5

Influence of weight

 

 

Influence of weight:

To compare different configurations we must understand what parameters we must compare and place a unit of “measure” of that parameter.

My proposal for that unit of measurement is what a normal pilot can perceive in the changes of his model when switching between the three modes of flight.

CD/CLMax           Vzmin   Vx(CD/CLmax)

Thermal               25,2                        0,26                        6,8

Cruise                   24,8                        0,28                        7,5

Reflex                   24,1                        0,30                        7,6

In particular we observe that the parameter of merit that changes more in these cases is Vz that changes something like 8%.

The influence of the weight can be obtained very easily from the equation of vertical equilibrium in horizontal flight:

W(kg)= ½ * ρ* V2*CL

We know that the airplane will exhibit the same aerodynamic behavior (if the Re is essentially constant, that is, that it varies little) for the same CL.

Thus dividing this expression into two different weights

W1/W2 =  V12/V22 o sea que V2= V1*  √(W2/W1)

f we want Vz to decrease by 8% then the weight should decrease by 16%. In the case of my Supra of 1.460gr, it has to loose 225gr, down to 1,226 gr to change its behavior the same between the cruise mode and the original thermal mode. Of course, with a model of 1,226 grams we can still be set thermal mode…

Conclusion The lighter the better … but reduce a model to 15% its weight …. It’s a big challenge.

Let’s see what XFLR5 says. Let’s take 1,226 grams in its mass …

We have put the three modes of the original plane in its usual colors and the “new plane” lighter weight with the same colors but in thicker stroke..

Peso (gr) ∆%
       1.460        1.226          16,0
Thermal CL/CDMax 25,2 24,4            3,2
  Vzmin 0,26 0,25            3,8
  Vx(CL/CDmax) 6,8 6,1          10,3
Cruise CL/CDMax 24,8 24,1            2,8
  Vzmin 0,28 0,27            3,6
  Vx(CL/CDmax) 7,5 6,8            9,3
Reflex CL/CDMax 23,9 23,2            2,9
  Vzmin 0,3 0,28            6,7
  Vx(CL/CDmax) 7,6 7            7,9

So we have reduced the weight of our plane by 16% and …. what happened? We expected a reduction of Vz and Vx of 8% and … the improvement in Vz does not reach 4% and instead the speed of translation has decreased over. What has happened is that the plane flying slower flies with a lower Re and that we already know that it is usually bad. The weight reduction has also worsened the glide coefficient or the mobility of the model. Yes, decrease weight is good but not as much as we thought nor is completely better since in conditions of descents or windy days the model will move worse.

Let´s try to better understand:

I have drawn only the polars corresponding to the “thermal” mode for clarity. The reader will recall that the point of maximum gliding ratio was the tangent by the origin to the polar.

In the graphs below you can see:

 

1.- Although it is the same geometry the polar ones are slightly different.

2.- The thick draft polar, corresponding to the light model (1.226gr), results in a slightly lower maximum glide ratio.

When weight is lower plane flies more slowly and the Reynolds number is smaller.

3.- In the right diagram, a zoom in on the left, it can be seen that the point of maximum gliding coefficient of the light aircraft has a CL higher than the nominal one.

A higher CL indicates that, for that weight (1.226gr), the flight speed should still be lower than our original predictions with respect to nominal.
The bad runs that low Reynolds numbers play.

Copyright (C)  2017  Javier Hernández Rodero.

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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 5

Influencia  del peso

 

Influencia  del peso:

Para comparar distintas configuraciones debemos entender qué parametros resultados debemos comparar y poner una unidad de “medida” de ese parámetro.

Mi propuesta para esa unidad de medida es lo que un piloto normal puede percibir en los cambios de su modelo al cambiar entre los tres modos de vuelo.

CD/CLMax           Vzmin   Vx(CD/CLmax)

Thermal               25,2                        0,26                        6,8

Cruise                   24,8                        0,28                        7,5

Reflex                   24,1                        0,30                        7,6

En  particular observamos que el parámetro de mérito que más cambia en estos caso es Vz  que cambia algo así como un 8%.

La influencia del paso se  puede obtener muy fácilmente de la ecuación del equilibrio vertical en vuelo horizontal:

W(kg)= ½ * ρ* V2*CL

Sabemos que el avión presentará el mismo comportamiento aerodinámico (si el Re es esencialmente constante, o sea que varía poco) para un mismo CL.

Así dividiendo esta expresión para dos pesos diferentes

W1/W2 =  V12/V22 o sea que V2= V1*  √(W2/W1)

Si queremos que Vz disminuya un 8% entonces el peso debe disminuir un 16%. En el caso de mi Supra de 1.460gr, éste tiene que adelgazar 225gr, hasta 1.226 gr para cambiar tanto en su comportamiento como entre el modo crucero y en modo thermal originales. Claro está que con un modelo de 1.226 gramos se sigue pudiendo poner modo thermal…

Conclusión cuanto más ligeros mejor… pero reducirle a un modelo un 15% su peso…. Es un gran desafío.

Veamos qué dice XFLR5. Pongamos 1.226 gramos en su masa…

 

Hemos puesto los tres modos del avión de partida en sus colores habituales y el “nuevo avión”  más ligero con los mismos colores pero en trazo más grueso.

Peso (gr) ∆%
       1.460        1.226          16,0
Thermal CL/CDMax 25,2 24,4            3,2
  Vzmin 0,26 0,25            3,8
  Vx(CL/CDmax) 6,8 6,1          10,3
Cruise CL/CDMax 24,8 24,1            2,8
  Vzmin 0,28 0,27            3,6
  Vx(CL/CDmax) 7,5 6,8            9,3
Reflex CL/CDMax 23,9 23,2            2,9
  Vzmin 0,3 0,28            6,7
  Vx(CL/CDmax) 7,6 7            7,9

Así que hemos disminuido el peso de nuestro avíon en un 16% y…. ¿qué ha pasado? Esperábamos una reducción de Vz y Vx de un 8% y…la mejora en Vz no llega al 4% y en cambio la velocidad de traslación ha disminuido de más. Lo que ha pasado es que el avión al volar más lento vuela con un Re más bajo y eso ya sabemos que suele ser malo. La reducción de peso además ha empeorado el coeficiente de planeo o sea la movilidad del modelo. Sí, disminuir peso es bueno pero ni tanto como pensábamos ni es completamente mejor puesto que en condiciones de descendencia o días ventosos el modelo se moverá peor.

Para intentar entenderlo mejor:

He dibujado solo las polares que corresponden al modo “thermal” para más claridad. Recordará el lector que el punto de máximo coeficiente de planeo era la tangente por el origen a la polar.

En las graficas de más abajo se puede ver:

 

1.-Aunque se trata de la misma geometría las polares son ligeramente diferentes.

2.-La polar de trazo grueso, que corresponde al modelo ligero(1.226gr) resulta con un coeficiente de planeo máximo algo menor.

Al pesar menos se vuela más despacio y el número de Reynolds es menor.

3.-En la gráfica de la derecha, las polares ampliadas, se puede apreciar que el punto de máximo coeficiente de planeo del avión ligero tiene un CL más alto que el nominal.

Un CL más alto indica que, para ese peso (1.226gr), la velocidad de vuelo debe ser todavía menor de nuestras predicciones originales con respecto al nominal.

Las malas pasadas que hacen los números de Reynolds bajos.

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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