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[知识集锦] 关于滑翔翼加驱动所需驱动功率的计算,及滑翔速度

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发表于 2015-11-12 10:12:11 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 奥特曼的内裤 于 2015-11-18 09:39 编辑

  关于悬挂式滑翔翼飞行原理及参数若干技术问答(三)
  问:已经出现单独生产的为悬挂式滑翔翼配套的所谓微动力驱动装置,该驱动装置所需的驱动功率应该如何估算?配备驱动装置后飞行速度变化如何,由何因素决定?
  答:配备驱动装置后,原来的悬挂式滑翔翼受力情况就发生了本质变化,由滑翔飞行的重力,阻力,升力三力作用变为重力,阻力,推进力,升力四力作用。但其巡航速度(相同迎角下)的变化只取决于总飞行重量的变化。如果驱动推进功率能达到(配备装置后飞行器)巡航功率,可以维持不降低高度的水平飞行;而要滑翔翼能够平地起飞和在无上升气流情况下自主爬升(或者平地起飞),则爬升驱动推进功率必须大于(配备装置后飞行器)巡航功率一定附加值,所需附加值大小由预定的爬升比决定。具体估算方法如下:
  在已知滑翔翼原来的(典型体重下)巡航滑翔速度,滑翔翼自重,以及滑翔比的情况下,再根据驱动装置的总重(包括能源),如果驱动装置安装后对吊挂体的横截面积变动不大,近似假定安装后飞行器升阻比(即滑翔比)不变,先计算安装后的总重,再计算出安装后的巡航速度(按巡航速度的平方与总重量成正比),计算出安装后的按该巡航速度作水平飞行受到的空气阻力(总重力除以升阻比),理论水平驱动功率就等于巡航速度乘空气阻力。
  在估算爬升附加功率时,先要确定你预计的爬升比(即爬升飞行距离与爬升高度之比),则按照功能原理,爬升附加功率就等于爬升高度乘飞行器总重力除以爬升时间。总爬升飞行功率等于巡航驱动功率加爬升附加功率。
  下面以实际例子估算如下:
  设:有某滑翔翼,器材重30kg,飞行员(加装具)重75kg,测得无风时(常用迎角下)滑翔巡航速度8.2m/s,滑翔比11。
  现有某驱动装置可以加挂,该驱动装置安装后对吊挂体的横截面积变动不大,其总重量为12kg,(假定按现有滑翔翼结构强度可以承受加挂该装置重量)。
  则加挂后:总起飞重量为117kg,巡航速度为8.66m/s,巡航阻力为104.2N,最后估算出巡航功率为0.903kW。
  设预计爬升比为20,即在飞行20m过程中爬高1m,历时2.31s,爬升附加功率为
  0.496kW,按该爬升比飞行总爬升功率为1.399kW。
  以上估算的是理论推进功率,通常螺旋桨的推进效率约80%,实际所需发动机输出功率要把上述功率结果除以0.8,最后结果分别是1.128和1.749kW。按每千瓦等于1.3596Hp马力,结果分别为1.53和2.38马力。
  估算结论是:如果该驱动装置发动机输出功率能超过1.53马力,可以维持该滑翔翼做水平飞行;如能超过2.38马力则可以大约20的爬升比从平地起飞。
  几点讨论:
  1.加挂驱动装置总重必须要在滑翔翼强度承受范围之内。驱动装置的螺旋桨设计制造所预定飞行速度范围应该与滑翔翼巡航速度匹配,驱动装置的制造额定输出功率与滑翔翼估算出的驱动功率匹配。
  2.加挂驱动装置尺寸(指横截面积,不包括螺旋桨展开旋转面积)不超过原有飞行员套袋的横截面积时才能按上面方法估算,否则需要适当减少升阻比来估算。
  3.所需驱动功率直接反比于飞行器升阻比。而巡航功率与总重量3/2次方成正比。为爬升所需附加功率与总重量3/2次方成正比而与对应的爬升比成反比。
  4.在飞行迎角不变的情况下,加驱动后的巡航速度以及爬升速度主要由未加挂驱动装置时的巡航滑翔速度,以及加挂驱动装置后的总重量变化决定。而不是由驱动装置输出功率控制。(意味着你不能靠加大马力就可以提高飞行速度)。
  10.问:看来我的滑翔翼的巡航滑翔速度以及滑翔比是如此重要的技术参数,在厂家没有给出时,可否根据其它已知参数估算出来?
  答:根据理论,如果所采用翼形是经典知名翼型(有代码),从有关手册能查到在各典型迎角下该翼型的升力系数及阻力系数,原则上可以在两个系数数值基础上,根据翼面积,翼展,总起飞重量,吊挂舱横截面积,及其流线外形等估计的座舱阻力系数等等参数,计算出各典型迎角对应的巡航速度,升阻比。但是由于目前滑翔翼的翼型并不属于上述之列,无法得知其升力系数及阻力系数,我们也就无法估算相应的巡航速度以及升阻比数值。但是,根据理论,我们可以相对判断出:
  1.在其它条件相同时:巡航速度平方与翼面积大小成反比,而与总重量成正比。
  2.在其它条件相同时:展弦比越大,升阻比越大(非线性正比关系)。
  11.问:我的滑翔翼的巡航滑翔速度以及滑翔比两个重要的技术参数,厂家没有给出(或者对给出数据有质疑)时,我们如何进行实际测试?需要那些测试仪表?
  答:实际测量是最科学有效的手段。明确两个参数的定义,采用可能找到的相关物理量的先进测量仪表,按照定义的数学关系,测量可直接测量的物理量,直接获得结果,或者按数学关系计算出所要求参数的结果。原则上测量必须在无风条件下进行,否则要测量飞行高度的风速作相应的修正。注意测量的滑翔路段不要涉及飞行高度低于10m的部分,避免地面效应对滑翔的影响。
  按照定义:巡航速度是一定迎角和总起飞重量下,滑翔翼在静止空气中作匀速直线滑翔飞行的飞行速度(此时,空速等于地面观测到的地速)。
  可能的测量方法:
  在地面用远距离(多普勒)测速仪分多时间点连续测量计数,然后取平均值。
  也可以用带动态速度显试功能(通常利用GPS定位技术测量对地速度)的平板或手机在滑翔翼上多次连续测量计数,然后取平均值。
  用空速表,在滑翔翼上直接测量空速,多次连续测量计数,然后取平均值。
  用常规量具测量出合适的距离,用秒表计量滑翔翼飞经该段距离的时间,相除得出平均速度。(需要解决起点终点专门瞄准观察工具)。
  按照定义:升阻比就等于滑翔比,滑翔比可以由测量的巡航速度除以对应的垂直下降分速度得出。垂直下降分速度较难直接测出。
  用高度表和秒表,分别测量一定时段开始时高度,结束时高度。用得出的高度差除以时段得出下降速度。(在滑翔翼上由飞行员一人进行难度较大)。
  采用等价的定义:滑翔比也等于某时段滑翔距离(更精确是取水平距离平方加下降高度平方后开平方的斜边长度作为滑翔距离)。除以相同时段垂直下降高度
  用激光测距仪进行滑翔途经一定距离的两点作相对应距离和飞行高度测量(需要对两个地面观测点本身海拔高度差作修正),然后计算出结果。
  看起来实际测量滑翔速度和升阻比(滑翔比)是一项较复杂的检测任务,以上设想的测量方法仅供参考。希望有心的读者想出更简便可行的方法,滑翔爱好者可以通过协作对各自滑翔翼的主要技术参数作大致测算,做到心中有数。更精确的测量,恐怕不是滑翔爱好者能完成的,作者建议,专业的滑翔技术服务部门应该解决手段和方法为滑翔者提供相关技术服务。
  (暂完)

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