Novo projeto: Republic P-47 D Thunderbolt - env. 27 pol.

Neste fórum falamos sobre os aeromodelos radio-controlados com peso final abaixo de 143,4 gramas, verdadeiras jóias aeromodelísticas.
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Ricardão
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Novo projeto: Republic P-47 D Thunderbolt - env. 27 pol.

Mensagem por Ricardão »

Estava em dúvida entre o P-47 e o Hellcat, acabei me decidindo pelo P-47. Motivos: a FAB teve o avião e o trem não gira ao ser recolhido, retraindo para dentro no sentido da envergadura e podendo ser feito retrátil (no futuro). Nunca vi um P-47 voando lento; todos os aeromodelos em escala que vi tinham motor glow .60 e eram muito pesados para voar lento.

A idéia deste projeto é de um modelo de 4 canais para voar também indoor, velocidade máxima de 40 km/h. O chute inicial foi o seguinte:

- envergadura: 27" (68,6 cm)
- motor de 11 g (1811-2000) ou de 16 g (2211-1700)
- hélice GWS HD 7x4.5 ou uma quadripá equivalente
- receptor Corona 4 canais - 4 g
- ESC 7A - 5 g
- servos 3.5 ou 5 g
- bateria 2S 240 a 360 mAh
- peso estimado 180g
- perfil inicial: NACA 2412

Com isso em mente parti para a modelagem do avião no XFLR5; depois de modelado o tamanho fica fixo, todo o resto pode ser modificado, de modo a atingir os objetivos e otimizar o desempenho - se achar que deve mudar o tamanho, precisa modelar novamente.

Desde o tópico do Me 109, o software XFLR5 mudou um pouco; foi lançada a versão final que agora pode ser instalada no computador e tem algumas melhorias e correções. A versão atual é a v4.17; para o Me109 era a v_4.08 beta - o modo de usar é o quase o mesmo.

Efetuada a modelagem, a primeira providência é encontrar o ponto neutro (105 mm) e analisar o modelo para algumas posições estratégicas do CG. Montei uma planilha simples em Excel para ajudar nessa análise e evitar erros nas contas.

Preencher a planilha é simples, basta copiar as informações que são mostradas na tela de 3D do software nas células ciano da planilha. A única célula mais complicada é a "Dist.BA" onde é colocada a distância entre o bordo de ataque da raiz da asa e o bordo de ataque do retângulo formado pela envergadura e o M.A.c., com os centros geométricos superpostos. Inicialmente a planilha mostra as posições de CG para 25 e 30% da corda média e para algumas margens estáticas razoávelmente seguras que irão facilitar a escolha das polares a calcular. A vantagem de registrar os valores fica evidente na hora de desenhar a planta.
Anexos
P-47 D - CALCULOS NACA 2412.zip
Planilha de cálculo em Excel
(6.63 KiB) Baixado 600 vezes
Polar que define a posição do ponto neutro (NP)
Polar que define a posição do ponto neutro (NP)
P-47_02.jpg (32.85 KiB) Exibido 26774 vezes
Aeromodelo modelado no XFLR5
Aeromodelo modelado no XFLR5
P-47_01.jpg (39.99 KiB) Exibido 26774 vezes
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Ricardão
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Mensagem por Ricardão »

A análise é feita como se o modelo fosse um planador voando em equilíbrio. As polares analisadas são sempre do coeficente de momento total em torno do CG (Total pitch moment coeficent) versus:
1 - ângulo de ataque (Alpha),
2 - velocidade da corrente de ar (Vinf),
3 - taxa de planeio (Cl/Cd) e
4 - arrasto (Drag).

As polares foram plotadas para as posições de CG 40, 47, 55 e 65 mm, escolhidas na planilha em Excel.

Na primeira análise destas polares já dá para concluir que a trimagem de asa e estabilizador em 0º não serve, porque: todos os ângulos de ataque são negativos, as velocidades estão próximas de 100 km/h e as taxas de planeio estão entre 1:2 e 1:3, para uma configuração capaz de 1:9.

Precisa empurrar as polares do ângulo de ataque para a direita, a das velocidades para a esquerda e as das taxas de planeio para cima - para fazer isso tem que cabrar o modelo, aumentando a sustentação, o que pode ser feito aumentando a incidência da asa e diminuindo a incidência do estabilizador.

Começando com 3º de incidência na asa e voltando a plotar, o resultado já é outro, duas das polares ficam com ângulo de ataque positivo e todos os ângulos de ataque ficam mais próximos de zero, as taxas de planeio ficam entre 1:7 e 1:9 e as velocidades ficam entre 35 e 45 km/h.

Outro item a ponderar é a velocidade de estol - pode ser lida no valor mínimo das polares de gráfico 2 (velocidade da corrente de ar) e é um pouco menos de 30.1 km/h. Se for voar com o CG nas posições mais adiantadas tem uma certa margem de segurança, mas as velocidades são maiores que 40 km/h, para as posições mais atrasadas do CG, que dão velocidades abaixo de 40 km/h, a margem é pequena.

Se for aumentada a incidência da asa ou reduzida a incidência do estabilizador, ainda será possível reduzir a velocidade da corrente da ar nas condições de equilíbrio do modelo, porém a velocidade de estol não vai mudar, para reduzir precisa de outro perfil.

Aumentando a sustentação, todas as polares são na verdade empurradas para cima e porisso nem a velocidade de estol e nem a taxa de planeio máxima mudam, as polares só passam a interceptar o eixo em pontos que estavam mais abaixo nas polares anteriores e os valores dos máximos e mínimos no eixo x não mudam, só mudam os valores para o equilíbrio.
Anexos
Polares para 3º de incidência na asa.
Polares para 3º de incidência na asa.
P-47_04.jpg (38.18 KiB) Exibido 26753 vezes
Polares para 0º de incidência na asa e no estabilizador
Polares para 0º de incidência na asa e no estabilizador
P-47_03.jpg (37.58 KiB) Exibido 26753 vezes
Polares ampliadas.
Polares ampliadas.
P-47_05.jpg (33.83 KiB) Exibido 26754 vezes
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Ricardão
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Mensagem por Ricardão »

Depois de várias análises, preferi o perfil NACA4312, trimando com 2º de incidência na asa e -1º de incidência no estabilizador; Para CG a 31% da corda média (48 mm), o ângulo de ataque é zero e não precisa inclinar o eixo do motor. A velocidade de equilíbrio para a trimagem escolhida é 38.8 km/h e a velocidade de estol é de 28 km/h, arrasto de 23.5 g (sem trem e sem hélice) e taxa de planeio de 1:7,93.

Quanto aos motores, me parece que pode ser usado qualquer deles, mas vou ainda fazer testes em bancada para estrear meu Hobby King K1 RPM-KV meter for BL ( http://www.hobbycity.com/hobbycity/store/uh_viewItem.asp?idProduct=10335 ).

Depois disso é partir para a planta e a construção.
Anexos
P-47_08.jpg
P-47_08.jpg (39.45 KiB) Exibido 26711 vezes
Resultados na planilha Excel
Resultados na planilha Excel
P-47_07.jpg (30.19 KiB) Exibido 26711 vezes
Polares para o perfil e trimagem escolhidos.
Polares para o perfil e trimagem escolhidos.
P-47_06.jpg (38.89 KiB) Exibido 26711 vezes
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Ricardão
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Mensagem por Ricardão »

Minha intenção ao criar este tópico era mostrar o projeto de um aeromodelo, utilizando de antemão informações técnicas que mostrem como é esperado que ele voe.

No domingo à noite recebi telefonema de um amigo que começou assim:

- Orra meu!

e continuou passando uma mensagem que é mais ou menos isso:

1. a maioria das pessoas que lerem o tópico vai entender pouca coisa ou nada;
2. poucas pessoas ou nenhuma vai participar, com receio de passar vexame;
3. mesmo que eu entenda os resultados exibidos pelo XFLR5, poucas pessoas são capazes disso – segundo ele, muitos nem entendem direito o que é uma “polar”...

Como costumo valorizar a opinião alheia, minha conclusão sobre essa conversa foi que o tópico, na forma em que está, será uma contribuição muito pobre para o Forum, parecendo mais uma mensagem do tipo: “olhem o que eu consigo fazer e os outros não...”, deplorável na minha opinião.

Vou então, também a pedido desse amigo, adiar um pouco o desenho do aeromodelo e tentar explicar como são interpretados os resultados do software e como decidir o que deve ser mudado no modelo para atingir o que se pretende, de maneira a tornar mais fácil a vida daqueles que acreditam neste procedimento e também querem utilizar o software em seus projetos.

... sem pressa!
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-NiHoN-
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Mensagem por -NiHoN- »

Caro Ricardão,

Realmente suas construções são projetos arrojados, com cálculos e física para cada objetivo a ser alcançado...
...é um tópico complexo, e sua colocação no último post é coerente...porém para mim, ler um tópico desses só aumenta a curiosidade e vontade de conhecer esses elementos e fatores evidentes para um bom vôo, ou um vôo planejado, como este caso...velocidade de vôo, stal, comandos, etc...
Eu não sei nada disso ainda, e pouco entendo sobre o que está dizendo, porém acompanharei para ver se consigo entender/aprender um pouco sobre essas teorias e como se usa na prática...
Não me interesso pelo software, porém pela física do negócio eu tenho curiosidade...

Estarei acompanhando...

Abraços!!

Fernando -NiHoN-
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Ricardão
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Mensagem por Ricardão »

Obrigado, Fernando! Bom saber...
Eduardo Fortaleza
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Mensagem por Eduardo Fortaleza »

Ricardão, excelente sua iniciativa.
Acredito que muitos aqui no forum irão acompanhar para aprender mais sobre nosso hobby.
Pretendo acompanhar e aprender a trabalhar com este software para poder acertar meus modelos e projetar alguns outros.
obrigado...
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Ricardão
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Mensagem por Ricardão »

PRIMEIROS COMENTÁRIOS:

Não sou especialista em Aerodinâmica, nem aprendi isso na escola; tudo o que sei sobre o assunto foi adquirido lendo e raciocinando. Nada obriga os meus raciocínios a estarem corretos e por isso, posso muito bem estar falando alguma “abobrinha” no meio disso aqui...

Para entender e conseguir usar o que o XFLR5 calcula, precisa dominar no mínimo a Física do Cursinho e a Matemática do Primeiro Grau. Tentar usar esse recurso sem ter esse domínio será penoso e nada gratificante.

As polares ou gráficos de polares ou curvas polares, NÃO SÃO POLARES... polares são curvas cujos pontos são definidos por raios e ângulos, traçados a partir de um ponto de origem e de um eixo. As curvas que relacionam as variáveis resultantes da análise do modelo estão plotadas em coordenadas cartesianas – dois eixos ortogonais, um para cada variável, os pontos da curva são a intersecção das retas ortogonais aos eixos, passando pelo valor assumido por cada uma das variáveis.

O software foi desenvolvido para planadores e todas as referências e tutoriais falam em planadores, ele não analisa o efeito do motor. Os modelos motorizados precisam primeiro ser analisados como se fossem planadores para, por outros meios e depois de otimizado o vôo, definir qual deve ser o melhor motor.

O projeto de qualquer modelo precisa partir do que “VOCÊ QUER”... precisa formular um mínimo de premissas para poder dar partida ao projeto – por isso eu montei a planilha em Excel com as células em ciano onde é preciso digitar o que a gente quer como ponto de partida e o que o software calcula como resultado e base para novas decisões.

A maneira de usar o software foi apresentada em detalhes no tópico http://www.e-voo.com/forum/viewtopic.php?t=61941&highlight= .

As análises são sempre dos mesmos 4 ou 5 gráficos, mudando alguma coisa no modelo – incidências, posição do CG, perfis de asa ou estabilizador, geometria... e para chegar até à primeira análise, precisa de alguma “mão de obra”. Respeitadas as condições de conhecimento, depois de pegar prática é quase uma “receita de bolo”.

Até a próxima!
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Carlos Flaquer da Rocha
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Mensagem por Carlos Flaquer da Rocha »

Ricardão, uma dúvida que eu tenho cá com meus botões: se você mudar a escala do modelo, o que vai mudar nas conclusões? Estas incidências (de asa e profundor) a que você chegou PERMITEM um thrust zero para o motor? Foi isso que eu entendi? O seu post está um pouco indigesto na primeira leitura, mas acredito que na próxima a coisa vai se aclarar um pouco.

Abraço
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Ricardão
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Mensagem por Ricardão »

Carlos:

Se mudar a escala do modelo será outro modelo... muda tudo. Essa é uma das coisas que a gente tem que saber que quer, antes de partir para a modelagem.

Pelo que eu entendi até agora, o thrust no motor ajuda a alterar a atitude do avião em vôo - dirige a corrente de ar no sentido contrário ao ângulo de ataque em planeio, endireitando o modelo em vôo. Se o avião está planando com ângulo de ataque zero (fuselagem nivelada), não deve precisar de downthrust.

É! me convenceram a postar um "Sonrisal" para o tópico... creio que a próxima ainda vai ser insuficiente para esclarecer, mas vou tentar. Dúvidas como as suas só me ajudam a direcionar esse Sonrisal.

Obrigado!
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