Aerodynamika pro vznikající simulátor

[igorb]

a ako chces vyriesit priecne prudenie? to takto predsa neurobis

Co jsem četl, tak vzniká u šípových křídel a zvyšuje tloušťku mezní vrstvy na konci křídla (u záporného šípu u kořene) a mění tím vlastnosti profilu. Jestli se nepletu.. inu, příčné proudění jsem se rozhodl zanedbat: rychlost proudícího vzduchu rozložím podle tohoto materiálu (obr. 2) na příčnou složku a složku obdékání a počítat budu jen s tou obtékající.

??? ... priecne prudenie NEVZNIKA len na kridle s nekonecnym rozpetim a po celom rozpeti s rovnakym profilom uhlom nabehu atd ... kazda nekonzistencia ma za nasledok priecne prudenie a to prodenie ani nahodou nie je zanedbatelne ... je to presne to co robi rozdiel medzi stihlostami kriediel, tvarmi kridiel negativami, klapkami po "necelom" rozpeti atd

ak rozdelis kridlo na male useky a na susednych nie je rovnaky tlak, vznika priecne prudenie ktore ovplyvnuje susedne segmenty .. meni to vztlaky, aj odpory, vytvara indukovane uhly nabehov aj indukovane odpory na koncoch kridiel atd

[semo]

No jo, ale máš nějaký nápad, jak to udělat? :-)

[VTjr]

a ako chces vyriesit priecne prudenie? to takto predsa neurobis

Co jsem četl, tak vzniká u šípových křídel a zvyšuje tloušťku mezní vrstvy na konci křídla (u záporného šípu u kořene) a mění tím vlastnosti profilu. Jestli se nepletu.. inu, příčné proudění jsem se rozhodl zanedbat: rychlost proudícího vzduchu rozložím podle tohoto materiálu (obr. 2) na příčnou složku a složku obdékání a počítat budu jen s tou obtékající.

Správně. Já bych tohle v první fázi taky neřešil. Pro začátek by podle mne stačilo tu aerodynamiku naprogramovat jednodušeji a až v dalších verzích to vylepšovat.

VTjr: možná to je nelehký úkol, záleží právě na míře realističnosti, kterou zvolím. A když o tom tak přemýšlím, tak v nějaké fázi vývoje, kdy už by bylo něco vidět, by se nějaká ta konzultace hodila, o tom žádná. Ale teď je na to brzo. Popohání mě vidina stařičkého FMS, na kterém jsem se naučil ovládat model (tedy hlavně orientaci v prostoru) a který neni fyzikálně nijak zvlášť detailní. Uvidíme jak na tom budu s časem...ono dokončit 3D aplikaci se spoustou grafiky, zvukem, atd. je taky na volný čas celkem nálož - student nejsem.

Souhlasím s tím, je to fakt "nálož". Obdivuji Tvoji odvahu, že se do nečeho takového pustíš.

[semo]

No, něco už mám za sebou, tak vím jaká jsou rizika. Ono jedna věc je dodělat letový model, druhá věc je vytvořit prostředí včetně všech kolizí, zvuků, dále menu (ať už obyč. nebo grafické, ...), testování na jiných PC, než mám doma, atd...

Zatím si tedy budu hrát s tím letovým modelem a uvidíme :-) Díky za rady.

[VTjr]

??? ... priecne prudenie NEVZNIKA len na kridle s nekonecnym rozpetim a po celom rozpeti s rovnakym profilom uhlom nabehu atd ... kazda nekonzistencia ma za nasledok priecne prudenie a to prodenie ani nahodou nie je zanedbatelne ... je to presne to co robi rozdiel medzi stihlostami kriediel, tvarmi kridiel negativami, klapkami po "necelom" rozpeti atd

ak rozdelis kridlo na male useky a na susednych nie je rovnaky tlak, vznika priecne prudenie ktore ovplyvnuje susedne segmenty .. meni to vztlaky, aj odpory, vytvara indukovane uhly nabehov aj indukovane odpory na koncoch kridiel atd

Souhlasím. Ale celé se to dá "zabalit" do nejakého parametru, který prostě pro každý předefinovaný model letadla nejak nastavíš (např. koeficient indukovaného odporu, pokud se jedná o ty konce křídel). Nemyslím si, že pro účely letového simulátoru je potřeba tyhle věci detailně řešit na fyzikální úrovni. Simulátorový program většinou pracuje s nejakým matematickým modelem toho letadla (modelu). A stejně jako u pohonné jednotky (kde stačí zadat statický tah a maximální rychlost, kde je už nulový tah a nemusíš vůbec řešit složitou aerodynamiku rotující vrtule) je možnost ty jednotlivosti a jejich fyzikální mechanizmy abstrahovat tím, že bereme letadlo jako definovaný celek.
Něco podobného je například i v elektronice. Pro pochopení funkce zesilovače se nemusíme zabývat tím jak se v PN přechodech tranzistorů a diod pohybujou elektrony a díry, stačí vědět, že kolektorový proud je nejakou funkcí bázového a funkce obvodu se dá pochopit. Zrovna tak pro schemata složené z integrovaných obvodů stačí poznat např. u operačního zesilovače jeho chování a obvod se dá pochopit už i bez znalostí funkce tranzistorů, ze kterých je složen. A tak dál, u číslicových obvodů stačí vědět jak funguje třeba logické hradlo NAND a na vyšší úrovni nemusíme vědět ani to, tedy u procesoru stačí vědět jak ho naprogramovat.
Proto i k dobré simulaci nemusíme řešit ty různé jednotlivosti - stačí když náš matematický model s těmy vlivy počítá.
I když u všeho platí i opak. Dobrý inženýr konstruktér musí vědět zevšeobecňovat, ale taky musí znát ty dílčí jevy, protože jsou jisté mezné situace, kdy ty účinky dílčích jevů dominují a on musí vědět přesně kdy je to potřeba brát na zřetel.

[igorb]

Souhlasím. Ale celé se to dá "zabalit" do nejakého parametru

presne tak, zaznelo to tu v podstate uz 2x zabalene to uplne odlisnych slov ... v principe bude treba nejako aproximovat/zjednodusit situaciu, na to vztahy su, zdroje boli popisane

osobne by som to neriesil integraciou o kridle ale nahradil kridlo co najblizsim nahradnym modelom kridla vo forme lichobeznika, pre ktore su dobre aproximujuce funkcie pre indukovane prudenie, polohu taziska. MAC atp ... na to sa da lahko vztiahnut cl, cd aj cm a pre priecnu os je model vlastne trivialne riesitelny (teda pokial sa nebude riesit nejaky 3d akrobat u ktoreho nastava zakrivenie prudenia co meni momenty, vztlaky aj odpory ploch), pre pozdlznu os bude treba vymysliet nejaky model funkcie krideliek, co nebude uplne trivialne, ale nevidim to ako neriesitelne, v tomto pripade prave pomocou integracie po rozpeti (pretoze tu sa uz meni uhol nabehu po rozpeti) .. a okolo zvislej sa neurobi velka chyba ak sa trup hahradi obdlznikovym kridlom s prislusnymi rozmerami

[semo]

Tak letadlo už trochu lítá, vypadá to nadějně :-). Mám už knížky od J. Lněničky a na internetu jsem taky dost přečet, ale pořád nemůžu rozlousknout pár detailů.

V jakém bodě má působit vztlak, odpor a klopivý moment? Je to předpokládám aerodynamický střed profilu (potažmo křídla). Jenže kde ten střed je? Dá se použít vždy hodnota 0.25 x hloubka profilu? Někde jsem četl, že se te střed posouvá, ale nikde už neni jasně popsáno, jak. Hádám, že to bude záviset na tvaru profilu. Napadá vás nějaká vhodná aproximace, případně kudy do toho?

Uvažoval jsem, zanedbat to, ale když si přestavím, že například letadlo padá jako šutr dolů s úhlem náběhu 90 stupňů :-), tak počítám ten střed nebude v 0.25....

[igorb]

Na to kde je ma vztlak posobiste sa vykasli. Jeho poloha sa meni v pomere vztlaku a momentu, ale to vobec na nic nepotrebujes. Separatne vztlak, odpor aj moment sa vztahuju k 25% hlbky profilu (teda ono to ide aj inak, ale este som to bezne nevidel, poznas to podla oznacenia "b/4" alebo "h/4" alebo "c/4" (preto ze 25% = hlbka kridla / 4). Takze tym dostanes posobiste sily kolmej na pozdlznu os modelu (vztlak), odporu v smere osi modelu, a moment okolo priecnej osi ... to same mas s vyskovkou.

Vstky tie sily a momenty mozes vztiahnut na nejaky bod ktory si zvolis, moze to byt kludne cumak lietadla, ale odporucam 25% MAC premietnute do roviny trupu. Bude tam treba drobne vektorove prepocitanie, pretoze vztlaky a odpory su o uhol nabehu pootocene, ale to je brnkacka. K tomu pridas moment taziska vzhladom na vztlaky a odpory oboch ploch a mas vyriesene.

yo a ta pozdlzna os modelu odporucam zvolit os profilu prechdzajucu tym premietnutym MAC v rovine trupu. Na ten isty bod vztiahnes aj dalsie momenty ako odpor podvozku, vplyv vzopetia pri side slipe atd. Lahke ... okrem toho ze roboty ako na kostole :- ))))

[semo]

Díky, nechám tam teda tu čtvrtinu hloubky, zatím se mi zdá, že je to docela dobré:)

Další momenty, jako odpor podovzku atd.. jak píšeš...problém nejsou, ani to neni tolik práce :-) Mám funkce pro aplikování sil v určitém bodě tělesa (čímž vzniknou i momenty). Stejně tak je snadné zjistit lokální rychlost tělesa v nějakém bodě. Takhle to u realtime fyzikálních simulací bývá. Takže udělat odpor nějaký plošky, nebo podvozku, znamená přidat kód tak na 5 řádků :-).

Samozřejmě jsem si vědom toho zjednodušení, že tělesa v takto jednoduché simulaci nezvíří vzduch a neovlivní další části letadla..to dokážu udělat bohužel jen nějak "na oko" (nějaký nereálný extra parametr/funkce na úpravu rychlosti vzduchu, nebo výsledných sil...).

[igorb]

no hlavne musis pocitat so zmenou uhlu obtekania vplyvom samoteho pohybu modelu, inak nevyriesis polomery zatacania (uhlovu rychlost ako funkciu natiahnutia/potlacenia atd)

[semo]

jo, to je jasný, to mám

[igorb]

tak daj len tak v skratke, s tym som dost bojoval, mozno sa aj ja poucim

[semo]

Nevím jestli myslíme stejnou věc, ale zkusím:

(popisuju pro 3D, takže rychlosti, pozice, .. jsou samozřejmě tří složkové vektory)

Těleso (letadlo) má:
vektor rychlosti Vworld (v souřadném systému okolního světa).
úhlovou rychlost AVlocal (v lokálním souřadném systému letadla)
Lokální vektor rychlosti Vlocal se počítá vynásobením Vworld invertovanou rotační maticí letadla InvR (to je vpodstatě transponovaná matice 3x3, která měla ve svých řádcích osy letadla ve světovém souřadném systému)...

Takže lokální rychlost bodu pos na letadle je:
Vlocal = InvR * Vworld
Vpos = Vlocal + pos X AVlocal
kde X je vektorový součin (tzv. cross product)

Záporná Vpos je rychlost nabíhajícího vzduchu...


Takže když se pak letadlo pootočí, změní se jeho rotace (rotační matice), zatímco Vworld zůstane stejná. Změna rotace ale vyvolá změnu lokální rychlosti Vlocal a tím i úhlů náběhu a vznikají nové síly a momenty, které mají za následek změnu Vworld a novou rotaci.

[igorb]

no fajn, to je ok, ale nevieidm ako odvadzas sily na vyskovke v zavislosti na vektore rychlosti, navyse draha po ktorej sa pohybuje vyskovka nie je ta ista ako kridlo, tym je inak obtekana a tretia vec nevidim vplyv momentu taziska ... a to este predpokladam ze ignorujes zmenu momentu kridla pri prechode na kruhovu drahu (to by uz bola asi vysoka pilotaz zohladnit to) ale u vyskovky to urobit musis

... JA si myslim ze to takou simulaciou ako to robis to urobit nejde, musis najst rovnovazny stav a knemu konvergovat (vsetky momenty a sily su v rovnovahe) ... respektive slo, ale to by si musle zahrnut aj momenty zotrvacnosti okolo vsetky osi a to sa uz dostanes so simulaciou niekde uplne inde

[semo]

No, většinu toho, co píšeš, triviálně řeší kód zvaný "fyzikální engine" (byť jsem ho napsal já a je jednoduchej). S tím mám zkušenosti z programování PC her.

nevieidm ako odvadzas sily na vyskovke v zavislosti na vektore rychlosti, navyse draha po ktorej sa pohybuje vyskovka nie je ta ista ako kridlo...

Ten vektor rychlosti si spočítám právě pro pozici náběžný hrany pomocí vzorce z předchozího příspěvku, takže dráha je zohledněna.

a tretia vec nevidim vplyv momentu taziska ...

Když aplikuju sílu F v nějakém bodě P, přičtu jí k výslednici sil a zároveň upravím všechny 3 momenty v těžišti pomocí M = M + F X P

predpokladam ze ignorujes zmenu momentu kridla pri prechode na kruhovu drahu (to by uz bola asi vysoka pilotaz zohladnit to) ale u vyskovky to urobit musis

Tady nevím, co máš přesně na mysli, ale tim, že se to křídlo počítá po maličkých kouskách, a každý má v zatáčce jinou rychlost, je i moment jiný.

... JA si myslim ze to takou simulaciou ako to robis to urobit nejde, musis najst rovnovazny stav a knemu konvergovat (vsetky momenty a sily su v rovnovahe) ... respektive slo, ale to by si musle zahrnut aj momenty zotrvacnosti okolo vsetky osi a to sa uz dostanes so simulaciou niekde uplne inde

I momenty setrvačnosti mám (tenzor setrvačnosti) :-)

Pro ukázku posílám video, co mám teď. Ale ještě to neni ono, mám tam mizerný data a ovládání je jen šipkama na klávesnici. Jo a taky neni udělaná směrovka a trup, je to tam jen tak narychlo dobastlený, aby se to nějak hejbalo. Rovněž ještě neni udělanej vliv konečného rozpětí a podobně... to až vyladím tohle.
[youtube]http://www.youtube.com/watch?v=yZPcQJMkV6Y[/youtube]
zelený čáry jsou vztlakový síly, modrý jsou lokální rychlost vzduchu v rovině profilu