Процесс проектирования RC-самолёта: от ТЗ до первого полёта
Адаптация из: Raymer, MIL-STD-1521B, NASA NPR 7123.1, AIAA DBF, реальные кейсы
Убрано: сертификация (Part 23/CS-23), fatigue/damage tolerance, icing, EMC/EMI
Сверка с внешним источником (AD-1540)
Часть материала фазы A и B (§ A.5, B.1, B.2, B.3, B.9) сверена с внешним
разбором проектирования БПЛА («Engineering a UAV — Part 3a») и прошла два
независимых раунда проверки достоверности: каждое утверждение либо
подтверждено первоисточником (Raymer, Currey, Chai & Mason, NACA TR-823,
руководство XFOIL), либо пересчитано на НАШ класс (размах 1–2 м, Re на конце
крыла 25…150 тыс., печатная конструкция), либо отвергнуто. Всё, что внесено,
несёт при числе указание источника и границ применимости.
Не перенесено — и это решение, а не пропуск. Список ниже нужен, чтобы
следующий проход «улучшения» не вернул опровергнутое:
| Утверждение внешнего источника | Почему НЕ внесено |
|---|---|
Параметр перехода XFOIL N_crit занижать до 4…6 из-за шероховатости печати |
Опровергнуто по первоисточнику: таблица N_crit в руководстве XFOIL описывает окружение (планер, чистая труба, грязная труба), строки про шероховатость поверхности в ней нет. Как ставить N_crit на самом деле — § A.5 |
| Крутильная жёсткость — главное ограничение удлинения | Опровергнуто расчётом: дивергенция печатного крыла нашего класса выходит на 68…118 м/с при полётных 15…25 м/с. Реальный порядок ограничений — § B.1 |
| Минимум нагрузки на носовую стойку 10 % | Источника нет; по механике 10 % ничего не покупает сверх 5 %-го пола. Полоса и её источники — § B.9 |
| Таблица «эквивалентных объёмных коэффициентов» схем оперения (T-образное 0.95, H-образное 0.5/0.95, V-образное 1/1) | Без источника и внутренне противоречива (V-оперению одновременно приписан коэффициент 1 по обеим осям и требование добавочной площади). Что с V-оперением делать — § B.2 |
| Абсолютные дюймовые клиренсы винта из практики большой авиации | Не масштабируются на борт с размахом 1.5 м. Наш критерий — § B.9 |
| «0.2» как константа предела сужения | Константа даёт на конце нашего крыла Re 25…99 тыс., то есть срыв начинается с законцовки — ровно то, что сужение обязано предотвращать. Вместо константы — формула, § B.1 |
| «Фюзеляж на 1–2° носом вверх работает несущим телом» | Для нашего класса (тупой лоб, малое удлинение) приращение подъёмной силы пренебрежимо, а прирост сопротивления — нет |
ФАЗА A: CONCEPTUAL DESIGN
Цель: Определить ЧТО строим — компоновка, размеры, основные характеристики.
A.1 Формулировка ТЗ (Mission Requirements)
- Назначение (тренер, FPV, гонка, планер, грузовой)
- Скорость крейсерская и посадочная
- Масса MTOW и полезная нагрузка
- Время полёта / дальность
- Способ изготовления (3D-печать, бальза, пена, композит)
- Ограничения (бюджет, размер принтера, доступные компоненты)
Результат: Документ ТЗ — зафиксированные требования
Успех: Все обязательные параметры определены, нет противоречий
Не успех: Требования противоречат друг другу (например: лёгкий + прочный + дешёвый + быстрый — невозможно всё сразу)
Критерий: Матрица требований заполнена, приоритеты расставлены
A.2 Constraint Analysis
- Диаграмма W/S (нагрузка на крыло) vs T/W (тяговооружённость)
- Ограничения: Vstall, Vcruise, скороподъёмность, разворот, взлётная дистанция
- Определение Design Point — точка пересечения всех ограничений
⚠ Ограничение по взлётной дистанции существует не всегда. Оно следует из
СПОСОБА СТАРТА (§ B.9): при пуске с руки или катапультой разбега нет, и это
ограничение из диаграммы ИСКЛЮЧАЕТСЯ — не «принимается равным нулю», а не
строится вовсе. Оставить его при пуске с руки значит связать Design Point
условием, которого у борта нет. Способ старта в этом месте ещё может быть не
выбран: тогда ограничение строится, а после § B.9 диаграмма пересматривается
(это штатный возврат A.2 ← B.9, а не ошибка планирования).
Результат: Design Point (W/S и T/W), определяющий площадь крыла и тягу
Успех: Design Point существует — все требования совместимы
Не успех: Ограничения не пересекаются — требования невыполнимы, нужно ослабить ТЗ
Критерий: Design Point определён с запасом ≥ 10% по каждому ограничению
A.3 Выбор аэродинамической схемы
Это ДВА разных выбора, а не один список. До AD-1540 здесь стояла одна
строка «conventional, canard, flying wing, twin-boom», в которой три первых
пункта — расположение несущих поверхностей (кто создаёт балансирующий момент),
а четвёртый — продольный архетип ФЮЗЕЛЯЖА (чем связаны крыло и оперение).
Двухбалочный борт остаётся нормальной схемой по аэродинамике, и смешение
делало матрицу решений некорректной: сравнивались объекты разных осей.
A.3.1 Аэродинамическая схема (ось 1):
- Trade study:
conventional(нормальная),canard(утка),flying_wing
(летающее крыло) - Матрица решений (scoring по критериям: устойчивость, простота,
производительность) - Для RC: учёт простоты сборки и ремонтопригодности
⚠ Схема фиксирует ЦЕНТРОВОЧНОЕ ОКНО вместе с собой. Диапазон 25–35 % САХ
относится к НОРМАЛЬНОЙ схеме; у летающего крыла он физически другой, у утки не
выведен — таблица окон по схемам в § «CG — "KING CONSTRAINT"», полосы запаса
устойчивости — § B.6.1. Выбрать бесхвостку и продолжить с окном нормальной
схемы — это не консервативность, а чужой критерий под своим именем.
A.3.2 Продольный архетип фюзеляжа (ось 2) — выбирается независимо и
детализируется в § B.3 («Продольные архетипы»): классический, гондола с
балкой, двухбалочный, каплевидный.
Результат: Выбранная схема с обоснованием + выбранный архетип фюзеляжа +
зафиксированное вместе со схемой центровочное окно
Успех: Одна схема набирает >70% баллов в матрице, или явный лидер
Не успех: Все схемы примерно равны — нужны доп. критерии или прототипирование
Критерий: Схема зафиксирована, архетип фюзеляжа зафиксирован, центровочное
окно названо ЧИСЛОМ для выбранной схемы (или явно записано «для этой схемы
эталона нет»), обоснование задокументировано
A.4 Sizing Loop (итеративный)
- Оценка массы (статистика аналогов)
- Геометрия из W/S → площадь крыла → размах → хорды
- Аэродинамика → CL, CD, L/D
- Проверка массы → повтор
- 3-10 итераций до сходимости (<1% дельта MTOW)
Результат: Сходившиеся параметры: MTOW, размах, площадь, AR, хорды
Успех: Сходимость за ≤10 итераций, масса реалистична
Не успех: Масса растёт с каждой итерацией (спираль смерти) — требования слишком жёсткие
Критерий: Δ MTOW между итерациями < 1%
A.5 Выбор профиля крыла
- Подбор по Re (число Рейнольдса на крейсере)
- Целевой CL крейсерский и CL max
- Сравнение 3-5 кандидатов по полярам
- Для RC (Re 100k-500k): NACA 4-digit, Eppler, Selig
Результат: Выбранный профиль с полярой
Успех: Профиль обеспечивает CL cruise с запасом, L/D > целевого, мягкий срыв
Не успех: Нет профиля удовлетворяющего всем требованиям при данном Re
Критерий: CL_max ≥ CL_landing * 1.2, L/D ≥ целевого, Cm линейный до срыва
A.5.1 Практика расчёта поляр: N_crit, шероховатость печати, двойной счёт
Добавлено AD-1540 по итогам сверки с внешним источником. Раздел задаёт, КАК
получена поляра, на которой стоит весь выбор профиля: без этого два человека
считают один профиль и получают разные CL_max.
N_crit ставится ПО СРЕДЕ, а не по поверхности. Параметр перехода метода
e^N описывает уровень возмущений набегающего потока. Таблица в руководстве
XFOIL перечисляет именно ОКРУЖЕНИЯ (полёт планера, чистая аэродинамическая
труба, «грязная» труба), и строки про шероховатость поверхности в ней НЕТ.
Для свободного полёта на улице — N_crit ≈ 9…11; 9 — нижняя (более
консервативная) граница этой строки, 11 — верхняя.
⚠ Занижать N_crit до 4…6 «из-за шероховатости печати» НЕЛЬЗЯ. Это
подмена: параметр среды используется как ручка шероховатости, для которой у
него нет ни калибровки, ни физического смысла. Количественного отображения
высоты слоя печати в N_crit не существует, и выдумывать его нельзя —
получится число, которое выглядит расчётом, но не проверяется ничем.
Эффект шероховатости печати оценивается ВИЛКОЙ, а не одним прогоном:
| Прогон | Что задаётся | Смысл границы |
|---|---|---|
| Чистый | N_crit = 9…11, свободный переход |
оптимистичная граница (гладкая поверхность) |
| С принудительным переходом | точка перехода на верхней и нижней поверхности назначена вблизи передней кромки | пессимистичная граница (турбулентный пограничный слой почти с носка) |
Проектное решение принимается по ОБЕИМ границам: профиль, который проигрывает
на пессимистичной границе, не «чуть хуже», а не подходит.
⚠ Пессимистичная граница всё равно оптимистична. Принудительный переход
мгновенно убирает отрывной пузырь, чего на реальном шероховатом крыле не
происходит (пузырь уменьшается, но остаётся), и не моделирует сопротивление
самого турбулизатора. То есть вилка ограничивает результат сверху и снизу, но
её нижняя граница — не «худший случай», а «худший случай этой модели».
Запрет двойного счёта потери подъёмной силы. Если CL_max крыла получен
РАСЧЁТОМ ПО РАЗМАХУ (распределение подъёмной силы → критическое сечение →
момент, когда местный cl достигает cl_max профиля), то домножать результат
ещё и на эмпирический множитель 0.9 НЕЛЬЗЯ: множитель описывает ту же самую
физику (максимум разных сечений достигается на разных углах атаки) и уже учтён
самим расчётом по размаху. Множитель законен там, где CL_max берётся из
cl_max профиля напрямую — например в переходе механизации к крылу (§
«Механизация крыла», ΔCL_max = 0.9·Δcl_max·…).
Штраф за крутку — считается ОТДЕЛЬНО и двойным счётом НЕ является:
эмпирический множитель откалиброван на НЕКРУЧЕНЫХ крыльях, потери от крутки в
нём нет по построению. Величины потери — § B.1 («Крутка: цена»).
Правило разрешения ничьей. Если два кандидата в пределах точности метода
неразличимы, берётся БОЛЕЕ ТОЛСТЫЙ: он даёт объём под сервоприводы и тяги
внутри крыла и строительную высоту лонжерона — то есть выигрыш на стадиях
C.1/C.6, где тонкий профиль уже ничем помочь не сможет.
Результат подраздела: поляра каждого кандидата в двух прогонах (чистый и
с принудительным переходом), с указанным N_crit
Успех: порядок кандидатов ОДИНАКОВ на обеих границах вилки
Не успех: порядок кандидатов меняется между границами → выбор зависит от
допущения, а не от профиля → возврат к A.5 с расширением списка кандидатов
или с решением в пользу менее чувствительного к переходу профиля
Критерий: N_crit назван числом и обоснован средой; ни одна оценка
CL_max не содержит эмпирического множителя поверх расчёта по размаху
A.6 Первичная аэродинамика
- Поляра самолёта (не только профиля)
- Индуктивное сопротивление (зависит от AR, Oswald factor)
- Паразитное сопротивление — построчно по перечню тел, коэффициенты ниже
(§ «Коэффициенты бюджета сопротивления») - L/D на крейсере
Результат: Поляра самолёта, CL/CD/L/D на ключевых режимах
Успех: L/D ≥ целевого, Vstall ≤ требуемой
Не успех: L/D < целевого → пересмотр AR, профиля или схемы
Критерий: L/D cruise ≥ 8 (тренер), ≥ 12 (планер), ≥ 6 (акро)
A.6.1 Целевое качество по назначению — таблица вердикта
Добавлено AD-1442. Критерий строкой выше существовал с самого начала и был
классозависимым, а продукт судил любой борт ОДНОЙ лестницей 5 / 8 / 12
(verdicts.js::L_OVER_D_THRESHOLDS, наследство v1vlm_verdict.py). Это не
«другая калибровка»: там стоят ТЕ ЖЕ ТРИ ЧИСЛА КЛАССОВ, применённые как
универсальная шкала. Следствие — перевёрнутые вердикты в обе стороны:
планер сL/D = 10получал «хорошо» при требовании 12, пилотажка с
L/D = 7— «низкое качество» при требовании 6.
Назначение (purpose) |
Обязательство | Источник числа |
|---|---|---|
trainer (тренер) |
L/D на крейсере ≥ 8 |
§ A.6 выше |
glider (планер) |
≥ 12 |
§ A.6 выше |
acro (пилотаж) |
≥ 6 |
§ A.6 выше |
cruiser, racer |
эталона НЕТ — критерий § A.6 этих классов не называет | — |
Почему cruiser и racer остались без числа. Это тот же честный отказ,
что у Cn_beta в § B.6.1 (полосы нет — репера нет) и у объёмов оперения утки
(§ B.6.2). Продукт знает пять назначений, канон в этом критерии называет три;
подставить крейсеру требование тренера значило бы судить его чужим критерием —
ровно тот дефект, который таблица и закрывает. Пользователю показывается
величина и надпись «установленного эталона нет», а не вердикт.
Типовое качество стадии S04 сюда не годится и обязательством не является.
designer_v2_design_point.PURPOSE_DEFAULTS.lift_to_drag (тренер 11, крейсер 14,
гонщик 8) — это ДОПУЩЕНИЕ «сколько обычно получается», которое та же стадия
объявляет уточняемым расчётом борта. Судить результат допущением, которое этим
же результатом уточняется, — критерий вида «X не хуже X».
Машинная форма таблицы — web/services/designer_v2_stability.py
(L_OVER_D_TARGET_BY_PURPOSE), и второй копии этих чисел в коде быть не должно.
═══ GATE: SRR / Go-NoGo #1 ═══
Вопрос: Требования зафиксированы? Компоновка выбрана? Sizing сходится?
Критерии прохождения:
- [ ] ТЗ подписано / зафиксировано
- [ ] Sizing Loop сошёлся (<1% дельта)
- [ ] Схема выбрана с обоснованием
- [ ] Профиль выбран, поляра получена
- [ ] CG предварительно в допуске (25-35% MAC — нормальная схема; окно
другой схемы — § «CG — "KING CONSTRAINT"»)
- [ ] Нет show-stoppers
Не прошли: Возврат к A.1-A.4 с пересмотром требований
ФАЗА B: PRELIMINARY DESIGN
Цель: Подтвердить осуществимость, ЗАМОРОЗИТЬ конфигурацию.
B.1 Проектирование крыла
- Удлинение (AR), сужение (TR), стреловидность, крутка (washout)
- Мультисекционное крыло (если нужно)
- Поперечное V (dihedral)
- Законцовка: прямая,
raked, винглет (типовые геометрии — § «Законцовки крыла») - Управляющие поверхности: элероны, закрылки (размеры, позиция — коэффициенты
механизации см. § «Механизация крыла (закрылки)») - Угол установки (incidence) — типовой диапазон −1…+4°, тренер 1-3°
Результат: Полная геометрия крыла с управляющими поверхностями
Успех: Площадь = расчётной из Sizing, CL_max достигается, элероны достаточны для крена
Не успех: Площадь не вписывается в размах, или управляемость недостаточна
Критерий: Roll rate ≥ 60°/с (тренер), элероны 20-30% полуразмаха, washout 1-3°
Угол установки крыла — репер и диапазон
Репер (обязателен: угловая величина без точки отсчёта не существует —
skyforge-design-flow-reference.md § «Репер»). Угол установки — это угол между
хордой корневой станции крыла и строительной горизонталью фюзеляжа (та же
продольная ось, от которой отсчитывается угол атаки борта). Знак «+» — передняя
кромка выше задней.
Зачем. Угол установки задаёт, на каком угле атаки крыло работает при
горизонтальном фюзеляже, то есть как борт стоит в крейсере:
α_крыла = α_борта + i. Подобранный под крейсерский CL угол даёт фюзеляж,
летящий «по потоку» (меньше сопротивление, ровный горизонт на курсовой камере);
нулевой угол на тренере означает заметно задранный нос на малой скорости.
| Класс | Типовой угол установки |
|---|---|
| Тренер, высокоплан | +2…+3° |
| Спортивный, полупилотажный | +1…+2° |
| Пилотажный (симметричный профиль) | 0° |
| Планер | +1…+2° |
| Гоночный / скоростной | −1…+1° |
⚠ Не путать с круткой. Крутка (washout) — разность углов корня и
законцовки, распределённая по размаху; угол установки поворачивает все
станции одинаково. Это два независимых числа, и их смешение в одном — известный
дефект (AD-1184).
Источник: Raymer, «Aircraft Design: A Conceptual Approach» (выбор угла установки
под крейсерский CL); диапазоны по классам — практика RC-моделизма, сверено с
парком v1-дизайнера. Реализация и домен ползунка (−3…+5°, с запасом по обе
стороны от таблицы) — AD-1383.
Предел сужения — ФОРМУЛА, а не константа (AD-1540)
Учебниковый нижний предел сужения λ = 0.2 в наш класс не переносится, и
это вывод расчёта, а не осторожность: при размахе 1–2 м и типовой площади
крыла λ = 0.2 даёт число Рейнольдса по КОНЦЕВОЙ хорде 25…99 тыс. во всём
реальном диапазоне крейсерских скоростей. На таких Re профиль теряет
cl_max и срывается раньше корня — то есть законцовка сваливается ПЕРВОЙ,
ровно то, что сужение (вместе с круткой) обязано предотвращать.
λ_min = max( 0.2·AR^0.25 , λ при котором Re по концевой хорде ≥ 70 000 на крейсере )
- Первый член — геометрическая ветвь (у крыла большего удлинения предел
сужения выше); приAR= 6…16 даёт 0.31…0.40. - Второй член — ветвь числа Рейнольдса, и на нашем классе она обычно и
оказывается связывающей.
⚠ Порог Re = 70 000 — НИЖНЯЯ ЗАЩИТИМАЯ ГРАНИЦА, а не оптимум. Ниже неё
поляры ходовых RC-профилей ломаются качественно (отрывной пузырь не
присоединяется, cl_max падает скачком), поэтому опускаться туда сознательно
нельзя. Но и утверждать, что 70 000 — точная граница для конкретного профиля,
нельзя тоже: она зависит от профиля и от шероховатости. Это отдельный
открытый вопрос: величина порога подлежит уточнению по полярам конкретного
профиля из § A.5.1 (обе границы вилки), и до такого уточнения число
используется как консервативный пол, а не как физическая константа.
Крутка: цена (AD-1540)
Диапазон washout 1–3° (критерий выше) остаётся; жёсткий потолок — 5°.
Крутка не бесплатна: она снижает CL_max крыла нелинейно.
| Крутка (геометрическая) | Потеря CL_max крыла |
|---|---|
| −3° | ≈ 8 % |
| −4° | ≈ 15 % |
| −5° | ≈ 22 % |
Порядок величин — оценка по расчёту распределения подъёмной силы для прямой
трапеции нашего класса; это оценки, а не измерения, и они названы так
намеренно. Смысл таблицы — не третий знак, а форма зависимости: между 3° и 5°
цена растёт почти втрое, поэтому «на всякий случай побольше» — плохая
стратегия.
Крутка оптимальна ровно на ОДНОМ режиме. Она подбирается под конкретный
CL (обычно крейсерский), и на любом другом угле атаки распределение
подъёмной силы отклоняется от эллиптического в другую сторону: на малых CL
законцовка начинает работать в минус (индуктивное сопротивление растёт), на
больших — преимущество по срыву меньше расчётного. Это классический
on-design/off-design компромисс, и его надо назвать, а не считать крутку
универсальным улучшением.
Почему у нас крутка НУЖНЕЕ, чем на полноразмерном самолёте той же
геометрии. Концевая хорда меньше корневой → местное число Рейнольдса на
конце ниже → ниже местный cl_max → концевое сечение достигает своего предела
раньше, чем предсказывает расчёт по одному cl_max на всё крыло. У
полноразмерного аппарата Re и на конце остаётся в «полке» (миллионы), и
этого механизма нет. Отсюда же связка с предыдущим подразделом: сужение и
крутка решают одну задачу и обязаны подбираться ВМЕСТЕ.
Что на самом деле ограничивает удлинение печатного крыла (AD-1540)
Формулировка «главное ограничение удлинения — крутильная жёсткость»
ОПРОВЕРГНУТА расчётом и в этом документе не употребляется: критическая
скорость дивергенции печатного крыла нашего класса выходит на 68…118 м/с
при полётных 15…25 м/с, то есть с запасом в 3–5 раз (оценка сверки AD-1540 по
крутильной жёсткости печатного кессона — порядок величины, а не поверочный
расчёт; для опровержения «главного ограничения» этого достаточно, запас
трёхкратный). Крутильная жёсткость в
списке ограничений есть, но она ПОСЛЕДНЯЯ.
Порядок реально связывающих ограничений (первым срабатывает верхний):
- Потеря устойчивости обшивки (тонкая печатная стенка теряет форму между
опорами раньше, чем достигается предел прочности материала); - Жёсткость на изгиб — прогиб (см. критерий § C.6: прогиб < 5 %
полуразмаха); - Корневой стык / гнездо лонжерона (концентратор, через который проходит
весь изгибающий момент; типовое место отказа печатного крыла); - Число Рейнольдса на конце (см. предел сужения выше);
- Изгибная прочность (собственно разрушение);
- Крутильная дивергенция — последняя, с запасом 3–5 раз.
Практическое следствие для конструкции: нервюры с шагом 35–45 мм при
толщине стенки нервюры 0.8–1.0 мм — это и есть инженерный ответ на пункт
(1): шаг задаёт длину неподкреплённой панели обшивки, а стенка нервюры — её
опору. Числа — практика класса печатных авиамоделей, а не паспорт материала.
⚠ Это НЕ противоречит § B.8.1 и не отменяет его: там указана минимальная
толщина, при которой деталь вообще печатается (0.45 мм для PLA — один
периметр), здесь — толщина, при которой НЕСУЩАЯ нервюра работает как опора
обшивки. Первое — технологический пол, второе — конструктивное требование;
второе всегда не меньше первого.
⚠ Практический потолок удлинения задаёт пункт (2), а не прочность.
Критерий «прогиб < 5 % полуразмаха» (§ C.6) на печатном крыле нарушается уже
при AR ≈ 15: расчётный прогиб выходит около 11 %. То есть удлинение
ограничивает не «сколько выдержит», а «насколько провиснет» — и ограничение
это УЖЕ записано в документе критерием C.6; здесь названо, что именно оно
означает для выбора AR.
B.2 Проектирование оперения
- Тип: conventional, V-tail, T-tail
- Объёмные коэффициенты Vh (0.35-0.70) и Vv (0.02-0.06)
- Плечо хвоста
- Рули высоты и направления (размеры)
Результат: Геометрия оперения, Vh и Vv
Успех: Vh и Vv в рекомендуемом диапазоне
Не успех: Vh < 0.35 → недостаточная продольная устойчивость; Vv < 0.02 → рыскание
Критерий: Vh = 0.35-0.70, Vv = 0.02-0.06
⚠ Эта пара — объединение по всему классу RC, а не порог для конкретного
борта: борт с Vh = 0.36 «в диапазоне» и при этом почти вдвое хуже по объёму
ГО, чем требует учебная модель. Полосы по назначению и по схеме (то, с чем
продукт на самом деле сверяет число) — § B.6.2 ниже; там же сказано, для каких
схем установленного эталона НЕТ.
B.2.1 Плечо оперения — определение, без которого коэффициент не значит ничего (AD-1540)
C_HT = l_HT · S_HT / (c̄_w · S_w) C_VT = l_VT · S_VT / (b_w · S_w)
Плечо l — расстояние от ЧЕТВЕРТИ ХОРДЫ КРЫЛА (САХ) до ЧЕТВЕРТИ ХОРДЫ
ОПЕРЕНИЯ (его САХ). Это определение обязано быть записано рядом с формулой,
потому что употребительны ДВЕ конвенции:
| Конвенция | Плечо l |
С чем совместима |
|---|---|---|
| Наша (Raymer, гл. 6) | ¼ хорды крыла → ¼ хорды оперения | табличные значения объёмных коэффициентов (§ B.2, § B.6.2) |
| Альтернативная | ЦТ борта → фокус оперения | собственные выкладки по устойчивости, СВОИ табличные значения |
⚠ Табличные значения объёмных коэффициентов валидны ТОЛЬКО с первой
конвенцией. Смешение конвенций даёт на нашем классе расхождение 2–4 % по
потребной площади оперения — немного по величине и коварно по природе: оно
не выглядит ошибкой ни в одном промежуточном числе. Репер (базовая линия X и
положение передней кромки САХ) фиксируется в § B.5.
⚠ Знаменатель — не второе плечо. c̄_w (САХ) и b_w (размах) в
знаменателе несут ОПОРНУЮ ДЛИНУ той оси, вокруг которой считается момент:
хорда — для тангажа, размах — для рыскания. Это нормировка величины, а не
геометрия хвоста; читать b_w в C_VT как «плечо» — распространённая ошибка,
приводящая к попытке «улучшить» коэффициент изменением размаха крыла.
B.2.2 Объёмный коэффициент — СТАТИЧЕСКИЙ инструмент (AD-1540)
Две конфигурации с ОДИНАКОВЫМ C_HT статически устойчивы одинаково, но
демпфируют по тангажу по-разному, и коэффициент этого не показывает
вовсе.
Демпфирующий момент оперения пропорционален S·l². При фиксированном
коэффициенте S ∝ 1/l, следовательно S·l² ∝ l: демпфирование растёт
ЛИНЕЙНО с плечом. Отсюда практический вывод для нашего класса:
⚠ Типовая компоновка «под принтер» — короткий фюзеляж (влезает на стол
целиком) плюс увеличенная площадь оперения — даёт формально верный C_HT и
при этом ВЯЛЫЙ, склонный к раскачке по тангажу борт. Формула «в норме», полёт
— нет.
Динамическая сторона (демпфирование, характер переходного процесса) — предмет
§ B.6; объёмный коэффициент её не заменяет и в неё не входит.
B.2.3 Обязательная проверка: балансировка на максимальном CL при ПЕРЕДНЕЙ центровке (AD-1540)
Объёмный коэффициент этой проверки не заменяет — он не знает ни о
механизации, ни о положении переднего предела центровки. Шаг обязателен для
любой конфигурации, у которой есть ГО.
Порядок:
- взять передний предел центровочного окна (не номинал!);
- режим — максимальная подъёмная сила крыла (посадочная конфигурация:
CL_maxс выпущенной механизацией,Cmкрыла с учётом выпуска); - просуммировать моменты вокруг переднего предела ЦТ;
- решить относительно ПОТРЕБНОЙ силы (коэффициента подъёмной силы) на
оперении; - сравнить с ДОСТИЖИМОЙ при полном отклонении руля высоты (механический
предел 30° — § «Достаточность управления»; эффективностьτ— оттуда же).
Мотивирующий расчёт (внести как пример, а не как норму). При C_HT на
НИЖНЕЙ границе разрешённого документом диапазона (0.35) и выпущенной
механизации потребный cl оперения выходит до ≈ 1.56 против достижимых
≈ 0.9. Это не проходит ни при какой передней центровке: не хватает не
запаса, а самой возможности.
⚠ Прямое следствие для этого документа, названное честно: § B.2 разрешает
Vh = 0.35, § «Механизация крыла» разрешает закрылки на 40°, и до AD-1540 в
схеме НЕ БЫЛО проверки, которая поймала бы их сочетание. Комбинация «нижняя
граница объёма ГО + механизация + передняя центровка» законна по каждому
критерию по отдельности и не летает.
Результат: потребный и достижимый cl оперения на посадочном режиме при
переднем пределе ЦТ
Успех: потребный ≤ достижимого с запасом (полное отклонение руля НЕ
требуется — критерий 80 % механического хода, § «Достаточность управления»)
Не успех: не хватает власти → увеличить C_HT (площадью или плечом —
возврат в цикл B.2↔B.3, § B.5.2), либо сузить переднюю границу центровочного
окна, либо ограничить угол выпуска механизации. Уменьшать угол выпуска
«задним числом» без пересчёта посадочной скорости нельзя — это возврат к A.2
Критерий: потребное отклонение РВ на этом режиме ≤ 80 % механического хода
B.2.4 V-образное оперение (AD-1540)
Угол развала панелей:
Γ = arctan( √( S_VT / S_HT ) )
где S_VT/S_HT — площади, потребные по объёмным коэффициентам для
эквивалентного НОРМАЛЬНОГО оперения.
Проекции — две разные пары, и их нельзя путать:
| Что считаем | Чем пользоваться |
|---|---|
| Устойчивость и подбор ПЛОЩАДИ | S·cos²Γ (вклад в горизонтальную ось), S·sin²Γ (в вертикальную) |
| Проверка УПРАВЛЯЮЩЕГО момента | одиночная проекция cos Γ / sin Γ |
⚠ Одиночная проекция (cos Γ, sin Γ) — ТОЛЬКО для управляющего момента.
Ни для определения угла, ни в качестве «эквивалентных площадей» она не
годится: в производную устойчивости геометрия входит дважды (проекция набегающего
потока на панель и проекция полученной силы на ось), отсюда квадрат. Подстановка
одиночной проекции в подбор площади завышает вклад панели и даёт недоразмеренное
оперение.
Диапазон угла — 30…40°. Верхняя граница не эстетическая: упрощённая теория
V-оперения проверена экспериментом до 40° (NACA TR-823, «Wind-tunnel
investigation of a V-tail»), дальше её область применимости не подтверждена.
Ниже 30° вертикальная составляющая становится настолько малой, что схема
теряет смысл.
Надбавка к площади сверх «бумажной» эквивалентности:
| Класс | Надбавка |
|---|---|
| Общий случай (по литературе) | +10…15 % |
Наш класс (малое удлинение панелей, Re 50…150 тыс.) |
ближе к +15…20 % |
Причина надбавки: у реального V-оперения панели работают на скошенном потоке и
взаимно интерферируют, а наклон линии подъёмной силы панели малого удлинения
на низких Re ниже теоретического. Верхняя цифра — НАША оценка на класс, а не
цитата; она названа оценкой намеренно.
Перекрёстные связи V-оперения (входы миксера полётного контроллера):
- симметричное отклонение обеих панелей → тангаж;
- дифференциальное отклонение → рыскание;
- чистый запрос по рысканию подмешивает тангаж (паразитная связь схемы, а
не дефект настройки) — разруливается миксером ПК, но должен быть УЧТЁН при
проверке достаточности управления совместным случаем (§ «Достаточность
управления», три проверки вместо одной).
⚠ Таблицы «эквивалентных объёмных коэффициентов» для схем оперения (T-, H-,
V-образное) в этом документе НЕТ и не будет без источника — см. § «Сверка с
внешним источником».
B.3 Проектирование фюзеляжа
- Длина (% от размаха)
- Форма сечения (круг, эллипс, D-shape, скруглённый прямоугольник)
- Размещение компонентов (батарея, электроника, мотор)
- Доступ для обслуживания
Результат: Геометрия фюзеляжа, внутренняя компоновка
Успех: Все компоненты помещаются, CG в допуске
Не успех: Компоненты не помещаются → увеличение фюзеляжа → рост массы и сопротивления
Критерий: Все компоненты размещены, фюзеляж ≤ 70% размаха
B.3.1 Назначение фюзеляжа — приоритетный список (AD-1540)
Фюзеляж делает три вещи, и порядок ниже — правило разрешения споров, а не
перечисление:
- Вместить внутренний объём (батарея, электроника, полезная нагрузка);
- Передать нагрузки между крылом, оперением и шасси;
- Сделать первые два с минимальным сопротивлением.
⚠ Нельзя ужать фюзеляж ради сопротивления, если в него не влезает
электроника или через него не проходит нагрузка. Пункт 3 — оптимизация ПРИ
выполненных 1 и 2, а не равноправный участник компромисса. Ошибка обратного
порядка типична и выглядит убедительно: сечение уменьшено, CD0 в отчёте
упал, а батарея встала «на ребро» без фиксации и доступа.
B.3.2 Поджатие хвостовой части — предел 12° (AD-1540)
Угол поджатия (сужения) хвостовой части фюзеляжа к хвостовому срезу —
не более 12° по полууголу в продольном сечении. За этим пределом поток
отрывается от хвостовой части, и сопротивление растёт примерно как угол в
степени 2.5: вдвое больший угол стоит впятеро дороже, то есть цена нарушения
не постепенная, а резкая.
Статус чисел: предел 12° и показатель 2.5 — практика класса и порядок
величины из сверки AD-1540; поимённой страницей первоисточника они НЕ
подтверждены (родственный материал — Hoerner, «Fluid-Dynamic Drag», разделы о
поджатых телах и отрыве, откуда взяты коэффициенты § «Коэффициенты бюджета
сопротивления»). Использовать как проектный ориентир можно, цитировать как
опубликованную норму — нет.
Практическое следствие для печатного борта: если хвост нужно поджать сильнее
(короткий фюзеляж под стол принтера), правильный ответ — сменить продольный
архетип (гондола с балкой), а не увеличивать угол.
B.3.3 Продольные архетипы — отдельная ось выбора (AD-1540)
Архетип выбирается в § A.3.2 и детализируется здесь. Это НЕ аэродинамическая
схема: двухбалочный борт остаётся нормальной схемой.
| Архетип | Что даёт | Чем платит |
|---|---|---|
| Классический (единый фюзеляж от носа до хвоста) | простая передача нагрузок, единый объём, максимум места под компоновку | самая большая смоченная поверхность; длина ограничена столом принтера / транспортом |
| Гондола с балкой (короткая гондола + тонкая хвостовая балка) | длинное плечо оперения при малой смоченной поверхности; печатается частями естественно | стык «гондола-балка» — концентратор; крутильная и изгибная жёсткость балки становится проектным вопросом; объём только в гондоле |
| Двухбалочный | короткая центральная гондола (нос свободен под нагрузку/толкающий винт), жёсткая связка оперения | две балки = двойной стык и двойное сопротивление; масса больше |
| Каплевидный (несущее «летающее» тело) | минимум сопротивления на своём режиме | объём распределён неудобно; поджатие легко выходит за 12°; сложнее в постройке |
Удлинение фюзеляжа 6–8 (длина / эквивалентный диаметр миделя) — ориентир
для КЛАССИЧЕСКОГО архетипа, полученный из компромисса «смоченная поверхность
против сопротивления давления». К схеме «гондола с балкой» единое число
НЕПРИМЕНИМО: у гондолы своё удлинение (обычно 3–5, она короткая и толстая), у
балки своё (десятки), и их среднее не описывает ни то, ни другое. Считать
такую компоновку по одному числу — то же, что мерить объёмный коэффициент
чужой конвенцией плеча (§ B.2.1).
B.3.4 Чек-лист внутренней компоновки (AD-1540)
Проверяется до заморозки конфигурации; каждый пункт — да/нет, а не «учтено».
- [ ] Охлаждение регулятора (ESC) — вход и выход воздуха, регулятор не в
глухом кармане (проверка режима — § E.2); - [ ] Охлаждение мотора — обдув корпуса, для внутреннего размещения —
канал; - [ ] Охлаждение батареи — обдув и, отдельно, возможность вынуть горячую
батарею; - [ ] Приёмник в радиопрозрачном окружении — не внутри углепластиковой
или экранированной коробки, антенны разнесены и не прижаты к проводке
питания; - [ ] Спутниковый приёмник (GPS) с обзором неба — сверху, вне тени от
мотора/батареи и вне экрана из карбона; - [ ] Лючки дают доступ БЕЗ существенной разборки — к регулятору,
приёмнику и разъёмам можно добраться, не снимая крыло и не расклеивая
фюзеляж; - [ ] Замена батареи быстрая и безопасная — фиксация повторяемая (не
«подпихнуть поролон»), разъём доступен, при замене не деформируется
проводка.
⚠ Каждый невыполненный пункт — не косметика: неохлаждаемый регулятор и
экранированный приёмник дают отказ в полёте, а не неудобство на земле.
B.4 Выбор силовой установки
- Мотор: KV, мощность, масса
- Пропеллер: диаметр, шаг
- Батарея: ёмкость, C-rating, масса
- ESC: ток, масса
- Для двухмоторного: синхронизация, отказ одного
Результат: Спецификация привода (мотор + проп + батарея + ESC)
Успех: Тяга ≥ MTOW * T/W_design, время полёта ≥ требуемого
Не успех: Недостаточная тяга или время полёта
Критерий: Static thrust / MTOW ≥ 0.5 (тренер), ≥ 1.0 (акро); время полёта ≥ ТЗ
B.4.1 Согласование винта с мотором, регулятором и батареей (AD-1540)
Статическая тяга — РЕЗУЛЬТАТ подбора, а не метод. Критерий выше проверяет
итог; сам подбор ведётся по совместной работе четырёх элементов, и без него
«тяга ≥ 0.5·MTOW» достигается связкой, которая сгорает на второй минуте.
Что проверяется:
- пиковый ток тракта на полном газе у земли — не выше 80 % предела
регулятора и не выше допустимого тока разряда батареи
(C · ёмкость); 80 % — запас на нагрев и на просадку напряжения, а не
паспортное число; - тяга подтверждена на ДВУХ режимах — на статике (взлёт/разбег) И на
крейсерской скорости (винт на скорости «разгружается», обороты растут, ток
падает; винт, подобранный только по статике, на крейсере может не давать
потребной тяги, а подобранный только по крейсеру — перегружать мотор на
старте); - окружная скорость конца лопасти в пределах — считается по оборотам и
диаметру, ограничение сверху ставит сама лопасть (потери на сжимаемость и
шум) и прочность винта.
Результат: пара «мотор + винт» с током, тягой и оборотами на двух режимах
Успех: оба режима проходят, ток в пределах, конец лопасти в пределах
Не успех: ток выше предела → меньше шаг или диаметр, либо мотор с меньшим
KV, либо более мощный регулятор; тяги не хватает на крейсере → больше шаг с
пересчётом тока → возврат к § B.4
Критерий: I_пик ≤ 0.8 · I_ESC И I_пик ≤ I_разряда батареи; тяга ≥
потребной на статике и на крейсере; окружная скорость конца лопасти в пределах
Способ старта и шасси (§ B.9) решаются сразу после этого шага: клиренс винта
— общее ограничение привода и шасси.
B.5 Анализ масс и центровки (CG)
- Component Weight Buildup (каждый компонент)
- Загрузочная диаграмма
- CG как % MAC для всех вариантов загрузки
- Запас статической устойчивости (SM)
Результат: Весовая сводка, CG envelope, SM
Успех: CG в диапазоне 25-35% MAC для всех загрузок, SM = 5-15%
Не успех: CG за пределами → перекомпоновка: двигать компоненты
(правило разрешения конфликта — § B.5.2); смена плеча хвоста — это не приём
перекомпоновки, а возврат в цикл B.2↔B.3
Критерий: SM = 5-15% MAC (устойчивый), CG shift между загрузками ≤ 5% MAC
Окно 25-35 % САХ и полоса SM 5-15 % — нормальная схема. Окно по схемам —
§ «CG — "KING CONSTRAINT"», полосы SM по схемам — § B.6.1.
B.5.1 Система координат фиксируется ДО первой центровки (AD-1540)
Требование: зафиксированы (а) базовая линия X борта и (б) положение
передней кромки САХ в этой линии. ВСЕ центровки, нейтральные точки и плечи
(§ B.2.1) выражаются в ней и только в ней.
Форма записи — одна строка вида «X = 0 на носовом шпангоуте, ось назад;
передняя кромка САХ = X 245 мм», и она попадает в весовую сводку, а не
остаётся в голове.
⚠ Обоснование прямое, а не гигиеническое: неоднозначность репера уже стоила
ТРЁХ исправлений в коде. Одно и то же число «30 %» без репера означает три
разных положения — от носа, от передней кромки корневой хорды и от передней
кромки САХ, — и расхождение проявляется не как ошибка, а как «странная»
центровка, которую подгоняют грузом. Общее правило репера — .claude канон и
docs/reference/skyforge-design-flow-reference.md § «Репер»: угловая и
линейная величина без точки отсчёта не существует.
B.5.2 Внутрифазный цикл B.2 ↔ B.3 ↔ B.5 (AD-1540)
Разделы B.2, B.3 и B.5 напечатаны последовательно и читаются как линейные —
на деле это ЦИКЛ, и документ до AD-1540 признавал итерации только МЕЖДУ
фазами (§ «Итерационные петли»). Связи:
- оперение размеряется от крыла (
S_w,c̄_w,b_wв знаменателе
коэффициентов, § B.2.1); - длина фюзеляжа задаёт плечо
l_HT/l_VT, то есть площадь оперения; - центровка зависит от обоих (масса и положение оперения — самое дальнее
плечо на борте) и, сдвигаясь, меняет требования к обоим.
┌─────────────► B.2 оперение ──────────┐
│ (площадь от плеча) │
B.1 крыло ▼
(вход цикла) B.3 фюзеляж ◄──────── B.5 центровка
│ (плечо) ▲
└──────────────────────────────────────┘
Точка входа — крыло (§ B.1). Его площадь уже зафиксирована фазой A
(Design Point), планформа задаёт исходную поляру — поэтому крыло в цикл не
входит и внутри него не меняется. Если цикл не сходится иначе как изменением
крыла, это выход из фазы B в фазу A (петля 2 § «Итерационные петли»), а не шаг
цикла.
Правило разрешения конфликта центровки: двигать КОМПОНЕНТЫ, а не крыло и не
оперение. Плечи крыла и оперения уже зафиксировали длину фюзеляжа и площадь
оперения; сдвинув их ради центровки, конструктор ломает то, что этими же
плечами обосновано (объёмный коэффициент, § B.2.1). Компоненты — батарея (у
RC это крупнейшая подвижная масса), приёмник, полезная нагрузка — двигаются
без последствий для аэродинамики.
⚠ Смена плеча хвоста ДОПУСТИМА, но это не «ещё один способ подвинуть ЦТ»: она
означает возврат в цикл B.2↔B.3 с пересчётом площади оперения, объёмных
коэффициентов и массы хвоста — и, следовательно, новую итерацию B.5.
Критерий выхода из цикла: объёмные коэффициенты Vh/Vv в полосе своего
назначения (§ B.6.2) И центровка в окне своей схемы (§ «CG — "KING
CONSTRAINT"») — ОДНОВРЕМЕННО, на одной и той же геометрии. Состояние
«коэффициенты сошлись, но центровка выправлена грузом» и симметричное ему
«центровка сошлась, но ГО ушло из полосы» выходом НЕ являются: цикл считается
сошедшимся только когда ни одно требование не выполнено за счёт другого.
B.6 Анализ устойчивости и управляемости
- Продольная статическая устойчивость (Cm_alpha < 0)
- Боковая устойчивость (Cl_beta < 0)
- Путевая устойчивость (Cn_beta > 0)
- Триммирование на крейсере
- Достаточность рулей
Результат: Производные устойчивости, триммировочные кривые
Успех: Все производные правильного знака, рули достаточны для триммирования
Не успех: Cm_alpha > 0 → неустойчивый → нужен больше стабилизатор или сдвиг CG
Критерий: Cm_alpha < -0.5 /rad, SM 5-15%, нейтральная точка определена
B.6.1 Числовые пороги устойчивости — таблица вердикта
Добавлено AD-1415. До этого тикета документ давал по трём каналам из четырёх
только ЗНАК производной, а расчёт не давал и того: числа выдавались без
ответа «норма ли это». Таблица ниже — единственный источник порогов
устойчивости для продукта; машинная её форма —
web/services/designer_v2_stability.py(константы*_REQUIREMENT), и второй
копии этих чисел в коде быть не должно.
| Величина | Обязательство (требование) | Источник числа |
|---|---|---|
Cm_alpha, 1/рад (продольная, относительно ЦТ) |
< 0 — иначе борт статически неустойчив по тангажу (жёсткий критерий, физика знака); норма ≤ −0.5. Это два разных вопроса, а не два порога одной величины — «устойчив ли вообще» и «устойчив ли с запасом»; в коде у них разные имена (designer_v2_stability.is_pitch_stable / has_pitch_stability_reserve), см. ниже |
B.6 выше (Raymer, адаптация) |
SM, % САХ (запас устойчивости, относительно ЦТ) |
> 0 — иначе ЦТ позади нейтральной точки (жёсткий); норма зависит от аэросхемы: классика 5…15, летающее крыло 3…8, утка — не выведена |
B.5 выше; ветка схемы — см. ниже |
Cn_beta, 1/рад (путевая) |
> 0 — флюгерная устойчивость есть или её нет; полосы «нормы» намеренно НЕТ |
B.6 выше |
Cl_beta, 1/рад (поперечная) |
< 0 (жёсткий); норма по модулю 0.05…0.15 |
см. ниже |
δ_РВ, ° (потребное отклонение руля высоты на балансировку крейсера) |
по модулю не больше 24 (= 80 % механического хода) — норма; больше 30 — за механическим пределом |
§ «Достаточность управления» ниже (AD-1416) — своего порога этот раздел НЕ заводит |
Vh (объём ГО) |
полоса по НАЗНАЧЕНИЮ, жёсткой границы нет; см. § B.6.2 | B.2 выше + § B.6.2 (AD-1437) |
Vv (объём ВО) |
полоса по НАЗНАЧЕНИЮ, жёсткой границы нет; см. § B.6.2 | B.2 выше + § B.6.2 (AD-1437) |
Cm_alpha: два порога — это ДВА ВОПРОСА, и у них разные имена (AD-1445).
< 0 спрашивает «есть ли восстанавливающий момент вообще» (физика знака),
≤ −0.5 — «хватает ли его с запасом» (норма). Пока оба числа стояли копиями по
коду без имён, борт между ними получал ПРОТИВОПОЛОЖНЫЕ ответы: Cm_α = −0.3
красился зелёным «устойчив» в панелях старого конструктора (там сравнивали с
0) и объявлялся «слабым» в отчёте v2 и в части рейтинга оптимизатора (там —
с −0.5). Копий было ВОСЕМЬ: три в web/templates/designer.html, пять в
web/services/geometry_optimizer.py. Сейчас число одно (CM_ALPHA_REQUIREMENT:
max_exclusive и band_max), а два вопроса называются is_pitch_stable и
has_pitch_stability_reserve; единственность держит обходом всего дерева
tests/threshold_single_source_guard.py (вторая строка реестра семейств), меры
— tests/test_cm_alpha_single_source.py. По аэросхеме и назначению борта эта
величина НЕ делится — в отличие от SM (строка выше) и от Vh/Vv (§ B.6.2):
если такое деление когда-нибудь будет выведено, оно заводится ЗДЕСЬ, а не
вторым числом в коде.
Почему у Cn_beta полосы нет, а у Cl_beta есть. Это не непоследовательность.
Путевой канал у нас измеряется одним прогоном и одним числом, репера для
«достаточно ли 0.03» в источниках этого класса нет — назначить границу значило
бы изобразить точность, которой нет. То же решение и по той же причине приняла
AD-1188 (тогда — на клиенте, в verdicts.js; с AD-1415 критерий живёт на
сервере, а обоснование переехало сюда). У поперечного канала репер есть —
см. ниже.
Cl_beta: откуда полоса 0.05…0.15 по модулю.
Опорная точка — Nelson, Flight Stability and Automatic Control, приложение с
табулированными производными лёгкого самолёта общего назначения (NAVION):
Cl_β = −0.074 1/рад. Наш класс (RC-модель нормальной схемы, поперечное V
2…6°) даёт тот же порядок: замер решателем на дефолтной геометрии v2 —
0°/5°/12° поперечного V → −0.003 / −0.086 / −0.209 1/рад.
Границы полосы назначены НАМИ по этому реперу, и обе имеют смысл, а не
взяты симметрично вокруг него:
- нижняя 0.05 — ниже неё момент восстановления по крену слабее, чем шум от
порыва, и борт из крена сам не выходит (по замеру выше это поперечное V
меньше ≈3°, то есть ровно та зона, где RC-модели «валятся» в крен);
- верхняя 0.15 — выше неё эффект поперечного V начинает преобладать над
путевым каналом, и появляется колебание рыскания-крена («голландский шаг»,
на RC — характерное покачивание с крыла на крыло). Это ХАРАКТЕР, а не отказ,
поэтому выход за неё — «внимание», а не «критично».
Полоса сознательно объявлена нашей калибровкой на названном репере, а не
цитатой из источника: диапазона именно для RC-моделей в открытых источниках
нет, и выдавать назначенное число за опубликованное нельзя.
SM: почему полоса разная у разных аэросхем (AD-1411).
Полоса запаса устойчивости — это КРИТЕРИЙ ВЫХОДА петли центровки, а не
украшение числа, и у летающего крыла он другой: рекомендованный диапазон ЦТ
бесхвостки порядка 15…25 % САХ при запасе 3…8 % (эталонная схема процесса,
docs/reference/skyforge-design-flow-reference.md § 3, ветвление V1 — там же
записано следствие: «схема, в которой критерий выхода записан одной константой
на все ветки, — неверна»). Физическая причина: у бесхвостки нет ГО, продольная
жёсткость идёт от стреловидности и крутки самого крыла и по величине заметно
меньше (замер решателем на дефолтной геометрии v2: Cm_α = −1.47 у классики
против −0.16 у бесхвостки на тех же слайдерах), поэтому конвенциональные
5…15 % для неё означали бы недостижимо переднюю центровку и потерю власти
руля тангажа. У утки полоса НЕ ВЫВЕДЕНА — она зависит от соотношения
площадей ПГО и крыла (тот же § 3), и подставлять ей конвенциональную было бы
чужим обязательством под её именем: у критерия остаётся только жёсткая граница
по знаку. Машинная форма — web/services/avl/scheme.py
(SchemeSpec.static_margin_band), читает её
designer_v2_stability.static_margin_requirement; второй копии этих чисел в
коде быть не должно.
δ_РВ: почему у этого раздела своего порога НЕТ.
Потребный угол отклонения руля — величина стадии S14b, и её обязательство уже
объявлено ниже, в § «Достаточность управления» (механический ход 30°, запас
80 % от него). Второй порог здесь дал бы ДВА разных ответа про одно число, то
есть ровно тот дефект, ради которого заведена вся эта таблица.
Первая редакция AD-1415 такой порог всё же завела (10°/15° — «граница
применимости линейной модели руля»), потому что раздела ниже тогда не
существовало. С его появлением расхождение снято в пользу канона, а прежний
довод сохранён — но КАК ОГОВОРКА К ИЗМЕРЕНИЮ, не как требование к борту:
оценка Cm_δe = −η·Vh·a·τ (web/services/avl/elevator.py) линейна по
отклонению, а эффективность плоского руля следует линейной теории лишь до
умеренных углов и дальше падает из-за срыва на отклонённой кромке
(Abbott & von Doenhoff, Theory of Wing Sections). Практическое следствие: за
пределами линейного участка показанный угол ЗАНИЖЕН, настоящий больше — и это
свойство метода, а не отдельная норма.
⚠ Оба места, где хорда руля превращается в его эффективность τ, обязаны
брать ОДНУ кривую — полином Sadraey из таблицы коэффициентов ниже
(control_authority.js::FLAP_EFFECTIVENESS_FIT ↔
web/services/avl/elevator.py::FLAP_EFFECTIVENESS_FIT). Теория тонкого
профиля даёт на той же доле хорды 0.71 против 0.56 и завышала бы власть руля
на четверть.
B.6.2 Объёмы оперения Vh/Vv — полосы по НАЗНАЧЕНИЮ и схеме
Добавлено AD-1437. До тикета у обоих коэффициентов вердикт БЫЛ, но его зоны
жили в клиенте (geometry.js::TAIL_VOLUME_HINT_RANGES,Vh 0.4…0.7,
Vv 0.02…0.05) — то есть вне единственного источника порогов устойчивости
(§ B.6.1), ОДНОЙ парой чисел на любой борт и в третьей редакции чисел
(подпись «Typical range» в разметке несла свою копию). Показатель с неверно
откалиброванной зоной говорит «в норме» там, где не норма, и человек строит
по нему аппарат.
Полоса Vh (объём горизонтального оперения) — по назначению борта:
Назначение (purpose) |
Полоса нормы Vh |
Чем продиктована |
|---|---|---|
trainer, cruiser |
0.50…0.70 |
борт обязан прощать ошибку: устойчивость по тангажу важнее скорости реакции, ГО крупное |
glider |
0.40…0.60 |
длинная хвостовая балка добирает объём ПЛЕЧОМ, а не площадью — лишняя площадь стоит массы и сопротивления там, где считают каждый ватт |
acro, racer |
0.35…0.55 |
короткая связка и малое демпфирование по тангажу — условие манёвренности; власть по тангажу добирается ХОРДОЙ руля, а не объёмом |
Полоса Vv (объём вертикального оперения):
Назначение (purpose) |
Полоса нормы Vv |
|---|---|
glider |
0.020…0.040 |
trainer, cruiser, acro, racer |
0.020…0.060 |
Откуда взяты границы и что в них НАШЕ. Полное объединение обеих таблиц —
Vh 0.35…0.70 и Vv 0.02…0.06, то есть РОВНО пара из § B.2 (практика
RC-моделизма). Разбиение по назначению — не новые числа, а разрезание уже
принятого диапазона класса RC: ни одна полоса за него не выходит, и борт,
который был «в норме» по прежней паре, не становится ненормальным сам по себе —
он получает вердикт СВОЕГО класса.
Порядок классов (кому нужен объём больше, кому меньше) взят у Raymer,
Aircraft Design: A Conceptual Approach, табл. «Tail volume coefficient»:
там планер (c_HT = 0.50, c_VT = 0.02) стоит ниже одномоторного самолёта
общего назначения (0.70 / 0.04), а манёвренный аппарат — ниже обоих по
c_HT. Абсолютные значения этой таблицы НЕ переносятся, и это вывод, а не
экономия: она описывает полноразмерные аппараты, и прямой перенос c_HT = 0.70
на RC-тренер объявил бы недостаточным почти любой борт нашего класса — замер на
актуальном коде (AD-1359/AD-1382/AD-1384 уточнили плечо, стреловидность
оперения и развели плечи ГО/ВО): дефолтный проект v2 даёт Vh = 0.559, а тот
же тренер на крыле точки проектирования S04 — Vh = 0.400. Это тот самый
случай «эталон грубее/чужероднее измеряемого» (.claude/rules/dev-approach.md,
признак 3), и цитировать чужой класс как свой порог нельзя.
Чего разбиение НЕ делает — и это сказано, а не умолчано:
Vvмеждуtrainer/cruiser/acro/racerНЕ разбит. Обоснованного
репера для такого разбиения в источниках этого класса нет: у Raymer
различаются полноразмерные классы, которым наши четыре назначения не
соответствуют ни одним. Отдельные полосы здесь были бы изображённой
точностью — ровно то, чего § B.6.1 не делает уCn_beta. Единственное
разбиение, у которого репер ЕСТЬ, — планер (c_VT = 0.02против0.04
у GA — самый сильный контраст всей таблицы).trainerиcruiserимеют ОДНУ полосуVh,acroиracer— тоже.
Источника, который развёл бы их по объёму оперения, нет; выдумывать разницу,
чтобы «в таблице у каждого была своя строка», значит вернуть ту же болезнь в
другой форме.- Жёсткой границы (
critical) ни уVh, ни уVvНЕТ. Выход из полосы —
«внимание»: это ХАРАКТЕР борта (вялый или строгий по тангажу), а не отказ, и
канон эпика AD-1110 (R8) запрещает гейтить сборку значением коэффициента.
Настоящий отказ по этому каналу ловятCm_alpha/SM/Cn_betaвыше — у них
жёсткая граница есть.
Схемы, для которых эталона НЕТ. Полосы выше установлены для нормальной
схемы (conventional) — оперение позади крыла, формулы Vh/Vv выведены
именно для неё.
| Схема | Что делает продукт |
|---|---|
conventional |
вердикт по полосам выше |
canard |
коэффициенты СЧИТАЮТСЯ (формулы применимы зеркально), но установленного эталона полос для ПГО нет — вердикт не выносится вовсе, показывается число и причина. Рекомендованные диапазоны для утки в источниках нашего класса отсутствуют, а подставить сюда полосы нормальной схемы значит выдать чужой критерий за свой |
flying_wing |
коэффициентов НЕТ как величин (оперения нет вовсе) — вопрос о полосах не возникает; это уже сделано geometry.js::armMismatchReason кодом not_applicable |
Экран БЕЗ назначения борта вердикта не выносит и говорит об этом (AD-1444).
Полоса зависит от назначения, поэтому экран, который назначения не знает,
физически не может сказать «в норме для ЭТОГО борта». Такой экран в продукте
один — СТАРЫЙ редактор (web/templates/designer.html и панель устойчивости
3D-вида web/static/js/aero3d.js, она же на странице компоновки): там
Vh/Vv показываются ЧИСЛОМ, без зелёной зоны и без окраски значения, а
рядом стоит абзац, называющий причину молчания. Это то же состояние «эталона
нет», что у утки в таблице выше, и та же граница честности: показать
объединённую полосу 0.35…0.70 значило бы оставить зелёный указатель, который
уже не означает «в норме для этого борта» (учебный борт с Vh = 0.40 получал
зелёный в v1 и «внимание» в v2 — ровно этот дефект). Научить старый редактор
назначению — не решение: развивать его мы не будем.
Машинная форма всего раздела — web/services/designer_v2_stability.py
(TAIL_VOLUME_H_BAND_BY_PURPOSE, TAIL_VOLUME_V_BAND_BY_PURPOSE,
TAIL_VOLUME_REFERENCE_SCHEMES), и второй копии этих чисел в коде быть не
должно — ни в JS, ни в разметке; это машинно сторожит реестр
tests/threshold_single_source_guard.py (семейство «объёмы оперения Vh/Vv»,
AD-1444) обходом всего дерева, включая шаблоны старого редактора.
B.6.3 Ходы рулей и момент приводов — расчёт, на который ссылаются гейты (AD-1540)
До AD-1540 два гейта требовали то, чего в схеме не было: PDR — «привод выбран
и подтверждён расчётом», MRR/TRR — «ходы соответствуют расчёту». Расчёта,
дающего эти ходы, ни один шаг не производил.
Шаг производит:
- Назначенные отклонения по трём каналам (тангаж / крен / рыскание) —
числом в градусах в обе стороны, включая дифференциал элеронов, если он
принят; - Шарнирный момент каждой поверхности — из её площади, хорды и
скоростного напора расчётного случая (случаи и коэффициентыCh_α/Ch_δ—
§ «Достаточность управления», второй копии этих чисел здесь нет); - Подбор привода по классам из того же раздела.
Результат: таблица «поверхность → ход, ° → шарнирный момент → выбранный
привод», масса приводов и проводки возвращена в § B.5
Успех: каждому каналу хватает хода и момента; масса вернулась в развесовку
Не успех: момента не хватает → привод тяжелее (возврат в B.5 с новой
массой) или меньше хорда руля; хода не хватает → возврат к B.2/B.1 за
площадью поверхности
Критерий: момент выбранного привода не менее двойного расчётного
шарнирного, потребное отклонение ≤ 80 % механического хода, масса приводов
учтена в центровке. Дом обоих чисел (×2 и 80 %) — § «Достаточность
управления»; здесь они названы как критерий шага, а не объявлены заново
B.6.4 Вертикальное положение крыла — вклад в Cl_beta
Добавлено AD-1369. Номер
B.6.4, а неB.6.3: третий занят «Ходами рулей»
(AD-1540) — правка по ревью, до неё в каноне было ДВА разделаB.6.3, и
ссылка «см. § B.6.3» вела в оба.Прежняя редакция § B.6.1 держала здесь абзац «что порогами
НЕ проверяется»: вертикального положения крыла в v2 не было как параметра,
расчёт шёл в допущении «среднеплан», и допущение называлось в отчёте. Теперь
параметр есть (DesignerV2Params.wingPosition), поправка считается, а
оговорка снята — вместе с причиной, а не отдельно от неё.
Почему решатель тут бессилен. Весь эффект вертикального положения на
Cl_beta — это ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ крыла с корпусом: при скольжении поток обтекает
фюзеляж и у высокоплана поджимается под наветренную консоль (момент на выход из
крена), у низкоплана — наоборот. Наш VLM фюзеляж как тело не строит вовсе
(в модель попадают только несущие поверхности), поэтому подъём крыла в
геометрии решателя вернул бы ТО ЖЕ ЧИСЛО. Слагаемое приходит эмпирической
поправкой из источника — это осознанная граница метода, а не заплатка.
Формула. DATCOM 5.2.2.1, в изложении Roskam, Airplane Design Part VI,
§ 10.2.4.1 (слагаемое интерференции крыло-фюзеляж в разложении Cl_β):
ΔCl_β = 1.2 · √A · z_w · (2·d) / (57.3 · b²) [1/градус]
ΔCl_β = 1.2 · √A · z_w · 2·d / b² [1/рад]
A — удлинение крыла, b — размах, d — ВЫСОТА корпуса,
z_w — расстояние от оси корпуса до ¼ корневой хорды, положительное вниз
(у низкоплана z_w > 0). Крыло стоит НА корпусе, поэтому z_w = ∓d/2, и
выражение сворачивается в ΔCl_β = ∓1.2·√A·d²/b²: высокоплан делает Cl_β
БОЛЕЕ отрицательным (устойчивее), низкоплан — менее. Машинная копия —
web/services/avl/wing_position.py, и она единственная.
| Величина | Значение | Откуда |
|---|---|---|
| Коэффициент слагаемого | 1.2 |
DATCOM 5.2.2.1 / Roskam Part VI § 10.2.4.1 |
z_w/d высокоплана |
−0.5 |
геометрия: корень на верху корпуса |
z_w/d среднеплана |
0 |
геометрия: корень на оси |
z_w/d низкоплана |
+0.5 |
геометрия: корень на низу корпуса |
z_w/d подкосного (parasol) |
−0.5 |
названная нижняя граница: крыло поднято ещё на высоту стоек, которой у нас нет ни как параметра, ни как геометрии; настоящий стабилизирующий вклад БОЛЬШЕ показанного. Уточняется параметром высоты стоек (S07) |
d |
fus_diameter · clamp(aspect, 0.5…2.0) · max(r_frac(обвод, 0.4), 0.03) |
высота корпуса на станции крыла, а не по миделю. Отклонение от источника (Roskam берёт максимальный габарит) осознанное: интерференция идёт с тем корпусом, которого крыло реально касается, и ровно на него садит корень рендер — одно число на расчёт и на картинку. На дефолте и на всех трёх пресетах станция крыла лежит на полном сечении, то есть числа совпадают с конвенцией источника. Кламп пропорции и пол доли сечения — те же, что накладывает на них построитель тела (fuselage_geometry): расчёт обязан видеть тот корпус, который построен, а не тот, который принёс документ |
Ползунок тонкой подстройки (v1). Значения z_w/d в таблице выше — случай
«крыло стоит на обшивке», и он единственный у designer v2. У v1-дизайнера рядом
с селектом положения живёт ползунок wing_position_offset (0…1), двигающий
корень ВНУТРИ выбранного положения; тогда z_w/d интерполируется в диапазоне
своего положения (high −0.25…−0.5, mid +0.2…−0.2, low +0.5…+0.25 —
WING_ROOT_Z_FRAC_RANGE, зеркало диапазонов превью v1). Разбиение по
положениям и его границы заданы UI v1 и в канон не вводятся как новая физика:
это тот же z_w формулы, просто заданный непрерывно. Одно определение — одна
функция (wing_position.wing_root_z_offset).
Порядок величины — расчёт вместо прежней оценки. До AD-1369 § B.6.1
оценивал эффект «на глаз» как «±2…3° поперечного V, то есть ±0.05 1/рад».
Расчёт по формуле выше:
| Борт | b, м |
A |
d, м |
ΔCl_β на сторону |
эквивалент по поперечному V |
|---|---|---|---|---|---|
| дефолтный v2 | 1.5 | 8.52 | 0.10 | ∓0.0156 |
≈ ∓0.9° |
| пресет «Учебный» | 1.5 | 7.6 | 0.121 | ∓0.021 |
≈ ∓1.3° |
| полный корпус | 1.5 | 8.52 | 0.30 | ∓0.14 |
за полосой нормы целиком |
Эквивалент считается по замеру решателя 0°/5°/12° → −0.003/−0.086/−0.209
(AD-1415). Прежняя оценка ЗАМЕНЕНА расчётом, а не оставлена рядом с ним: двух
ответов на один вопрос у канона быть не должно. Вывод её при этом не отменяется
— эффект растёт КВАДРАТИЧНО по высоте корпуса, и уже на рядовом борте полный
размах высокоплан↔низкоплан составляет треть ширины полосы 0.05…0.15, то есть
у пограничного борта положение крыла переводит вердикт через границу. Потому оно
параметр, а не константа.
Область применимости названа, а не зажата клампом. Корреляция DATCOM
построена на телах с d/b порядка 0.1…0.2; ползунки v2 позволяют собрать
борт, где корпус сравним с размахом, и там квадратичный член даёт величину, за
которую источник не отвечает. Границу здесь СОЗНАТЕЛЬНО не назначаем: любое
такое число было бы подобрано по месту — ровно то, что этот раздел запрещает
(см. преамбулу § B.6.1). На таком борте за полосу нормы выходит и сам вердикт,
то есть пользователь получает «внимание», а не тихо правдоподобный ответ.
B.7 Оценка лётных характеристик
- Потребная vs располагаемая мощность
- Скороподъёмность
- Дальность / время полёта
- Vstall
- Скорость максимальная
Результат: Подтверждённые ЛТХ
Успех: Все ЛТХ ≥ требований ТЗ
Не успех: Хотя бы один параметр < требования → возврат к sizing или приводу
Критерий: Каждый параметр ТЗ выполнен с запасом ≥ 5%
B.8 Выбор материалов и технологии изготовления
- PLA+ / PETG (3D-печать)
- Бальза + плёнка
- EPP / EPO (пена)
- Карбон / стекловолокно (композит)
- Комбинированный
Результат: Материал для каждого элемента, технология изготовления
Успех: Материалы доступны, технология освоена, стоимость в бюджете
Не успех: Материал недоступен или технология не освоена
Критерий: Все материалы в наличии, стоимость ≤ бюджет
B.8.1 Числа материалов: плотность, допустимая толщина, масса конструкции
Раздел заведён AD-1414 под стадию S03 эталонной схемы
(skyforge-design-flow-reference.md): до него перечень материалов выше был
списком названий без единого числа, а масса конструкции — величина, которую
материал уточняет, — считалась только по размаху и назначению (AD-1407).
Продукт читает эти строки как данные (web/services/designer_v2_manufacturing.py
и его клиентское зеркало manufacturing.js), поэтому у каждой колонки назван
источник и статус: паспортная величина (свойство материала), практика
класса (устоявшееся правило постройки) или контрольная точка (оценка
порядка величины по классу, а не измерение).
| Материал | Способ | Плотность, кг/м³ | Мин. толщина, мм | Масса конструкции, кг |
|---|---|---|---|---|
| PLA | 3D-печать | 1240 | 0.45 | 1.20 |
| PETG | 3D-печать | 1270 | 0.50 | 1.25 |
| LW-PLA (вспенивающаяся) | 3D-печать | 620 | 0.60 | 0.80 |
| Бальза + плёнка | наборная | 160 | 1.50 | 0.60 |
| Липовая фанера + бальза | наборная | 450 | 1.00 | 0.85 |
| EPP | пена | 30 | 2.00 | 0.75 |
| XPS | пена | 33 | 1.50 | 0.70 |
Плотность — паспортная величина. PLA 1.24 г/см³ и PETG 1.27 г/см³ —
стандартные значения филамента, одинаковые у всех производителей. LW-PLA
базово тот же PLA, но при штатном вспенивании (около 250 °C, поток ~50 %)
плотность детали падает примерно вдвое — отсюда 620. Авиамодельная бальза идёт
сортами 100–200 кг/м³, берётся середина; тонкая липовая (тополиная) фанера
«liteply» — 450. Пены: EPP 30, XPS 33 — типовые марки, применяемые в моделях.
Минимальная толщина — практика класса, а не паспорт. Для печати это
толщина стенки: доминирующая практика печатных авиамоделей — печать в ОДИН
периметр соплом 0.4 мм, то есть 0.45 мм с учётом реальной ширины экструзии;
требование «два периметра» запрещало бы основную технологию класса. PETG
печатают чуть шире (0.5), вспенивающийся филамент — ещё шире, потому что
вспенивание увеличивает фактическую ширину экструзии (0.6). Для наборной
конструкции это толщина нервюры/шпангоута: бальзовая нервюра тоньше 1.5 мм
ломается при обтяжке плёнкой, фанерная работает от 1.0 мм. Для пены — толщина
задней кромки, которую оставляет струна: тоньше 1.5–2 мм кромка прожигается.
Масса конструкции — КОНТРОЛЬНАЯ ТОЧКА, оценка порядка величины. Столбец
задаёт массу ГОЛОЙ конструкции (планер без оборудования) одного и того же
борта: размах 1.5 м, класс «тренер» — той самой точки, на которой откалибрована
оценка взлётной массы эталонной схемы (S04: тренер 1.5 м → 1.4 кг взлётной).
Числа отражают устойчивое соотношение классов, наблюдаемое в парке: печатный
планер этого размера весит порядка 1.1–1.3 кг (комплекты класса 3DLabPrint /
Eclipson), бальзовый наборный — около 0.6 кг, готовый пенный тренер — около
0.75 кг. Это ОЦЕНКИ, а не измерения, и они названы так намеренно.
Как из этого получается число в продукте. Материал уточняет РОВНО ОДНУ
величину — массу конструкции (граф зависимостей эталонной схемы). Продукт не
заводит второго правила её расчёта: он берёт оценку по размаху и назначению
(AD-1407) и домножает её на БЕЗРАЗМЕРНЫЙ коэффициент материала, равный
отношению контрольной массы материала к СРЕДНЕЙ контрольной массе трёх опорных
материалов (PLA, бальза, EPP — по одному на способ; среднее 0.85 кг).
| Материал | Коэффициент |
|---|---|
| PLA | 1.41 |
| PETG | 1.47 |
| LW-PLA | 0.94 |
| Бальза + плёнка | 0.71 |
| Липовая фанера + бальза | 1.00 |
| EPP | 0.88 |
| XPS | 0.82 |
Нормировка средним, а не «печать = 1», выбрана сознательно: доля массы
конструкции во взлётной массе (35 %) введена эталонной схемой для парка в
целом, а не для одной технологии. Приняв единицей печать, продукт объявил бы,
что схема всё это время описывала печатный борт, и разом утяжелил бы оценку
всем. Среднее оставляет прежнюю оценку посередине и РАЗДЕЛЯЕТ её по материалам.
Чего эта таблица не делает. Коэффициент принят НЕ ЗАВИСЯЩИМ от размаха и
назначения — их вклад уже несёт оценка взлётной массы. Это допущение; снимается
оно фактической развесовкой построенного борта, а не уточнением таблицы.
Композита в таблице нет: у него не описаны ни ограничения геометрии, ни
конечные стадии, ни правило массы, а значение, ничего не меняющее, хуже его
отсутствия.
B.8.2 Ориентация печати — проектное решение, а не настройка слайсера (AD-1540)
Требование: для КАЖДОГО несущего элемента заданы материал И ориентация
слоёв, и расчётная прочность в этой ориентации внесена в исходные данные
прочностного расчёта (§ C.6). Не «печатается как удобно», а строка в
спецификации наравне с материалом.
Обоснование. Межслойная прочность печатной детали составляет 30–60 %
от прочности в плоскости слоя (разброс — материал, температура, геометрия
сечения; поэтому диапазон, а не число). Типовой отказ печатного крыла —
расслоение в корне, то есть разрушение ровно по межслойной плоскости, а не
по материалу. Прочностной расчёт, взявший паспортный предел филамента, считает
деталь вдвое-втрое прочнее, чем она есть, и FoS ≥ 2.0 в отчёте не значит
ничего.
Результат: для каждого несущего элемента — материал, ориентация слоёв,
принятая расчётная прочность в этой ориентации
Успех: ни один силовой поток не идёт поперёк слоёв без учёта межслойного
предела
Не успех: элемент нагружен поперёк слоёв → сменить ориентацию, добавить
армирование (лонжерон, пруток), либо принять межслойное значение в расчёт и
пересчитать § C.6 (рост массы → возврат к B.5)
Критерий: в спецификации у каждого несущего элемента заполнены материал,
ориентация и расчётная прочность; § C.6 считается ИМИ, а не паспортом
филамента
B.9 Шасси и способ старта (AD-1540)
Раздела не существовало, при этом на его результат ссылались ЧЕТЫРЕ места:
FEM узла шасси (§ C.6), рулёжка (§ E.3), чекбокс FRR и ограничение по взлётной
дистанции (§ A.2). Номер отражает место в нумерации фазы; РЕШАЕТСЯ шаг сразу
после § B.4 — клиренс винта общий у привода и шасси, а способ старта меняет
диаграмму ограничений фазы A.
Числа шасси — варианты, доли массы, размеры опор, продольное положение и
вклад в сопротивление — живут в § «Шасси: варианты, размеры, масса и
положение» (AD-1410); второй копии здесь нет. Этот раздел добавляет то, чего
там нет: РЕШЕНИЯ и КРИТЕРИИ.
B.9.1 Первое решение — способ старта
| Способ | Шасси | Что следует из выбора |
|---|---|---|
| С руки | нет | § B.9 дальше пропускается; § E.3 (рулёжка) НЕ применяется; ограничение по взлётной дистанции в § A.2 не строится |
| Катапульта | нет (посадка на брюхо) | то же, плюс расчётный случай перегрузки схода — вход § C.6 |
| С полосы | есть | раздел выполняется целиком |
| Посадка на брюхо (пуск с руки/катапульты) | нет | усиление нижней поверхности фюзеляжа — вход § C.2 |
⚠ Это первое решение, а не следствие: выбрав «с руки», конструктор снимает с
себя целую ветвь требований — и обязан записать это ЯВНО, чтобы гейты FRR и
MRR не требовали пройденной рулёжки у борта, который не рулит.
B.9.2 Схема шасси
Трёхстоечная (носовая стойка) или с хвостовой опорой. Сравнение по массе и
сопротивлению — таблица вариантов § «Шасси: варианты…»; ниже — геометрические
критерии, которые от схемы зависят.
B.9.3 Геометрия — формулы
Репер — базовая линия X по § B.5.1; z вниз от линии осей колёс, x — назад.
угол касания хвостом = arctan( z_хв / x_хв )
угол опрокидывания назад = arctan( (x_главн − x_cg) / z_cg )
x_хв,z_хв— вынос и превышение хвостового среза относительно точки
касания основных опор;x_главн— продольное положение основных опор,x_cg/z_cg— положение ЦТ
в той же системе.
Линия касания хвостом — 15° от горизонта: это угол, на котором борт при
взятии ручки на себя коснётся хвостом; он же задаёт максимальный угол атаки на
отрыве. Меньше — борт «пашет» хвостом раньше, чем набирает подъёмную силу;
больше — угол отрыва не достигается ходом руля.
B.9.4 Критерии
| Критерий | Значение | Смысл |
|---|---|---|
| Угол опрокидывания вбок (вид СВЕРХУ) | < 60° | борт не заваливается на крыло в развороте |
| Угол опрокидывания вбок (вид СПЕРЕДИ) | > 25° | то же ограничение с другой проекции; ниже 25° колея слишком узкая |
| Центровка для ХВОСТОВОЙ схемы | 16…25° назад от вертикали через главное колесо | ЦТ позади опоры — иначе борт садится на нос при торможении; больше 25° — путевая неустойчивость на разбеге |
| Угол стоянки хвостом вниз (хвостовая схема) | 10…15° | угол атаки крыла на разбеге |
Статус чисел. Сами критерии (углы опрокидывания вбок, положение ЦТ
относительно главного колеса, угол стоянки) — общепринятая рамка проектирования
шасси; она разобрана у Raymer, «Aircraft Design: A Conceptual Approach»,
§ 11.2–11.3. КОНКРЕТНЫЕ границы выше приведены по сверке AD-1540 и поимённой
страницей первоисточника не подтверждены — это проектные ориентиры класса, а не
опубликованная норма. На наш класс они переносятся законно ровно потому, что
безразмерны (углы), в отличие от абсолютных клиренсов (§ B.9.6).
Средства исправления при превышении угла опрокидывания: шире колея, ниже
стойки, длиннее база. Порядок именно такой: колея — самый дешёвый по массе
рычаг, высота стоек ограничена клиренсом винта (§ B.9.6).
B.9.5 Доля веса на носовую стойку
| Граница | Значение | Что означает |
|---|---|---|
| Жёсткий пол | 5 % | ниже нет сцепления носового колеса — руление становится невозможным |
| Проектная полоса | 8…15 % | рабочий диапазон |
| Жёсткий потолок | 20 % | выше — перегруз носовой стойки, тяжёлый отрыв носа |
Источники: Raymer § 11.2–11.3; Currey, «Aircraft Landing Gear Design» (1988),
с. 27–28 — пол 6 %, предпочтительно 8 % при ЗАДНЕЙ центровке,
доходящие до 15 % при передней; Chai & Mason § 3.3.3.
⚠ Оговорка Chai & Mason, обязательная к воспроизведению: «это рекомендации,
а не требования». Числа выше — не физический предел и не сертификационная
норма; борт с 7 % не «неисправен». Пол 5 % — наша нижняя граница, названная по
механике сцепления; Currey называет 6 %, и это расхождение не скрывается.
Проверять на ОБОИХ предельных положениях центровки, а не на номинале. У RC
батарея — крупнейшая подвижная масса, и её штатный сдвиг между вариантами
загрузки перекладывает вес с носа на основные опоры сильнее, чем любые другие
компоненты. Доля, посчитанная на номинальной центровке, может лежать в 8…15 %
и при этом уходить за пол на заднем пределе.
⚠ Честная оговорка про боковой ветер. Управление на разбеге в боковой
ветер в НАШЕМ классе — задача руля направления, а не доли нагрузки на нос.
Расчёт: момент от киля растёт как КВАДРАТ скорости, а сцепление колеса
постоянно (оно ограничено весом на стойке, который от скорости не зависит) —
поэтому ни одна доля нагрузки не удерживает машину на курсе выше
≈ 5 м/с разбега. Требовать от носовой стойки курсовой устойчивости на
разбеге бессмысленно: до 5 м/с её хватает почти при любой доле, после — не
хватает ни при какой.
B.9.6 Клиренс винта
⚠ Дюймовые значения из практики большой авиации сюда НЕ переносятся — они
абсолютные и не масштабируются на борт с размахом 1.5 м.
| Что проверяется | Наш критерий |
|---|---|
| Просвет «конец лопасти — земля» при МАКСИМАЛЬНОМ обжатии амортизации/стоек | не менее 15–20 мм |
| То же при крене 5° (просадка на одну сторону, неровность полосы) | просвет остаётся положительным |
| Прогиб печатной или проволочной стойки ПОД НАГРУЗКОЙ | учтён ОТДЕЛЬНЫМ запасом сверх обоих пунктов |
Числа 15–20 мм — практика класса (винты 8–12″ на борте 1–2 кг): меньший
просвет означает, что первая же кочка или посадка с недолётом уносит винт, а
часто и вал мотора. Это НАША граница по классу, а не цитата.
Результат: способ старта; при наличии шасси — схема, база, колея, высота
стоек, доля веса на носовую стойку на обоих пределах центровки, клиренс винта
Успех: все критерии § B.9.4–B.9.6 выполнены на ОБОИХ предельных
положениях центровки
Не успех: угол опрокидывания вне полосы → колея/высота/база (§ B.9.4);
доля на носу вне 8…15 % → двигать компоненты (правило § B.5.2), а не
основные опоры, если положение опор уже обосновано центровкой; клиренс винта
не проходит → меньше диаметр винта с ПЕРЕСЧЁТОМ § B.4.1 (тяга и ток) или выше
стойки с перепроверкой углов опрокидывания
Критерий: шасси/способ старта зафиксированы; углы опрокидывания и доля на
носовую стойку в полосах на обоих пределах центровки; клиренс винта ≥ 15–20 мм
при максимальном обжатии и положителен при 5° крена; масса и положение шасси
возвращены в § B.5
B.10 Матрица отказов и реакция систем (AD-1540)
Шаг заведён AD-1540. До него единственной формой работы с отказами был
чекбокс FRR «пилот брифован» — то есть ответственность за отказ переносилась
на человека в момент, когда что-то менять уже поздно.
Для каждого отказа заранее задан ожидаемый ответ системы и способ
проверки на земле:
| Отказ | Ожидаемый ответ системы | Проверка на земле |
|---|---|---|
| Потеря связи | failsafe: заданное положение рулей и газа (для нашего класса — газ в ноль, рули в нейтраль или пологая спираль), поведение задано, а не «как приёмник настроен с завода» | выключение передатчика на земле при подключённой батарее, наблюдение фактических положений (§ E.2) |
| Потеря питания приёмника | приёмник и рули держатся при просадке от одновременной перекладки всех приводов (пиковый ток — § «Достаточность управления»); резервирование питания принято ЯВНО (отдельный BEC / буферный конденсатор / без резервирования) | перекладка всех поверхностей одновременно с замером напряжения на приёмнике |
| Отказ мотора | борт планирует; проверено, что при нулевой тяге он балансируется рулём высоты (моментная связь тяги — вход § B.6) и что качества хватает на возврат/безопасную посадку | планирование заложено расчётом; на земле — проверка балансировки на нулевом газе |
| Сваливание на взлёте | назначены скорость отрыва и минимальный угол набора; поведение на сваливании — мягкое (§ F.3), крутка/сужение подобраны (§ B.1) | статическая проверка ходов и углов; на земле не воспроизводится — фиксируется как ОГРАНИЧЕНИЕ проверки, а не как «проверено» |
⚠ Строка, которую нельзя проверить на земле, так и записывается —
«проверке на земле не поддаётся». Матрица, в которой все четыре строки
получили галочку, — самообман: сваливание на взлёте на земле не
воспроизводится в принципе.
Результат: матрица «отказ → ответ системы → способ проверки» с заполненными
четырьмя строками
Успех: у каждого отказа назван КОНКРЕТНЫЙ ответ системы (а не «пилот
среагирует») и способ проверки либо явная отметка о непроверяемости
Не успех: ответ системы не определён → это проектное решение, а не
инструкция пилоту: возврат к § B.4 (резервирование питания), § B.6 (власть
рулей) или § B.1 (характер сваливания)
Критерий: все четыре строки заполнены; проверяемые строки перенесены в
чек-лист § E.2
═══ GATE: PDR / Go-NoGo #2 ═══
Вопрос: Конфигурация заморожена? Можно переходить к деталировке?
Критерии прохождения:
- [ ] Геометрия крыла, оперения, фюзеляжа определена
- [ ] Привод выбран и подтверждён расчётом
- [ ] CG в допуске для всех загрузок
- [ ] SM = 5-15%
- [ ] Все ЛТХ ≥ ТЗ
- [ ] Материалы выбраны, у каждого несущего элемента задана ориентация печати (B.8.2)
- [ ] Способ старта выбран; при наличии шасси — критерии B.9 выполнены
- [ ] Матрица отказов заполнена (B.10)
- [ ] Ходы рулей и приводы подтверждены расчётом B.6.3
- [ ] Цикл B.2↔B.3↔B.5 сошёлся по ОБОИМ критериям сразу (B.5.2)
- [ ] BOM предварительный составлен
- [ ] Нет open critical issues
Не прошли: Возврат к B.1-B.10 или к Фазе A (если проблема фундаментальная — ~20% проектов)
ФАЗА C: DETAIL DESIGN
Цель: Спроектировать КАЖДУЮ деталь для производства.
C.1 Конструкция крыла
- Нервюры (количество, расположение, форма)
- Лонжерон(ы) (позиция, сечение, материал)
- Передняя и задняя кромки
- Обшивка
- Крепление к фюзеляжу (разъём или цельное)
- Вырезы под сервоприводы
Результат: CAD-модель крыла со всеми деталями
Успех: Конструкция выдерживает расчётные нагрузки, собирается, разбирается
Не успех: Нагрузки не проходят → усиление → рост массы → возврат к B.5
Критерий: FoS ≥ 2.0 (для RC), масса крыла ≤ весового бюджета
C.2 Конструкция фюзеляжа
- Шпангоуты / рамы
- Ложемент батареи (с фиксацией!)
- Моторама
- Площадки под электронику
- Лючки доступа
Результат: CAD-модель фюзеляжа
Успех: Все компоненты размещаются, доступ есть, жёсткость достаточна
Не успех: Компоненты не влезают или доступ затруднён
Критерий: Все компоненты помещаются, лючки достаточные, крепления надёжные
C.2.1 Тепловой режим (AD-1540)
Обычный печатный пластик теряет жёсткость при 55–60 °C (температура
стеклования PLA — около 60 °C, PETG — около 80 °C; § B.8.1 даёт плотности, но
не тепло). Это ниже температуры, до которой штатно нагреваются мотор и
регулятор под нагрузкой, поэтому тепловой режим — вопрос конструкции, а не
эксплуатации.
Проектируется:
- охлаждение привода и электроники — сквозной тракт воздуха: вход впереди,
выход СЗАДИ (в зоне разрежения), регулятор в потоке, а не в кармане;
пункты компоновки — чек-лист § B.3.4; - материал моторамы — с температурой размягчения ВЫШЕ расчётной
температуры узла. Печатная моторама из PLA у горячего мотора — типовая
причина «самопроизвольного» изменения угла установки мотора в полёте.
Критерий проверяется на земле — § E.2.
Результат: тракт охлаждения на CAD-модели, материал моторамы с названной
температурой размягчения
Успех: у каждого греющегося узла назван путь отвода тепла; материал
моторамы выдерживает расчётную температуру
Не успех: узел без охлаждения → перекомпоновка (§ B.3.4); материала с
нужной температурой нет → металлическая/фанерная вставка в мотораме или
смена материала (возврат к § B.8, масса → § B.5)
Критерий: температура размягчения материала каждого нагруженного теплом
узла выше расчётной температуры этого узла; подтверждение — тест § E.2
C.3 Конструкция оперения
- Стабилизатор (горизонтальный / V-tail / T-tail)
- Рули (навеска, ход)
- Крепление к фюзеляжу
- Тяги управления / сервоприводы
Результат: CAD-модель оперения
Успех: Рули обеспечивают расчётные углы отклонения, конструкция жёсткая
Не успех: Люфт в навеске, недостаточный ход руля
Критерий: Ход руля ≥ расчётного, люфт < 0.5°
C.4 Электрическая схема
- Разводка проводки
- Размещение приёмника, FC, FPV
- Сервоприводы (тип, момент, скорость)
- Антенны (GPS, RC link, video)
Результат: Электрическая схема, список компонентов
Успех: Все соединения определены, длина проводов оптимальна, нет помех
Не успех: Помехи между компонентами, провода не дотягиваются
Критерий: Все компоненты подключены, провода с запасом, антенны не экранированы
C.5 Подготовка к производству
- STL файлы для 3D-печати (разбивка на секции под стол принтера)
- DXF для лазерной/CNC резки (нервюры из бальзы/фанеры)
- Раскрой композитов (если применимо)
- Сборочные инструкции
Результат: Файлы для производства + инструкция сборки
Успех: Все файлы готовы, инструкция понятна, все детали помещаются на стол принтера
Не успех: Деталь не помещается → перенарезка, ошибка в размерах → перемоделирование
Критерий: Все секции ≤ размер стола принтера, все соединения определены
C.6 Прочностной анализ (FEA)
- Распределение нагрузок (V-n диаграмма → нагрузки на крыло)
- FEM ключевых узлов (корень крыла, моторама, шасси)
- Factor of Safety
Вход для узла шасси — § B.9 (схема, база, колея, высота стоек,
распределение веса по опорам). При старте с руки/катапульты узла шасси нет,
а расчётным случаем становится перегрузка схода с катапульты либо посадка на
брюхо — то, что зафиксировано в § B.9.1.
Прочность материала берётся В ОРИЕНТАЦИИ ПЕЧАТИ (§ B.8.2), а не по
паспорту филамента: иначе FoS ≥ 2.0 получается на прочности, которой у
детали нет.
Результат: Stress report, подтверждение прочности
Успех: FoS ≥ 2.0 везде, деформации в допуске
Не успех: Negative margin → усиление → рост массы → возврат к B.5
Критерий: FoS ≥ 2.0 для RC (≥ 3.0 по BMFA), max деформация крыла < 5% полуразмаха
C.7 Оценка флаттера (AD-1540)
До AD-1540 флаттер упоминался в схеме РОВНО ОДИН раз — как симптом в § F.2
(«Не успех: flutter, вибрации…»), то есть узнать о нём предполагалось в
полёте, ценой модели. Флаттер разрушает конструкцию за секунды, поэтому его
место — в конце фазы C, когда жёсткости и массы уже известны.
Оценивается критическая скорость флаттера V_фл — по жёсткости на
кручение и изгиб консоли, её погонной массе и положению центра масс сечения
относительно линии четверти хорды. Это ОЦЕНКА порядка величины (инженерная
формула/упрощённая двухстепенная модель), а не поверочный расчёт: полноценный
флаттерный анализ требует данных, которых на этой стадии нет, и он в схему НЕ
вводится.
⚠ Флаттер и дивергенция — РАЗНЫЕ явления, и запас по одному не является
запасом по другому. § B.1 показывает трёхкратный запас по крутильной
ДИВЕРГЕНЦИИ (статическая потеря устойчивости на кручение); флаттер —
динамическая связь изгиба, кручения и хода руля, и он наступает СИЛЬНО раньше
дивергенции. Ссылаться на запас из § B.1 как на «флаттер нам не грозит»
нельзя.
Критерий: V_фл ≥ 1.3 · V_max (максимальной скорости из ТЗ). Запас 30 % —
общепринятая практика запаса по флаттеру, перенесённая на наш класс; она
покрывает разброс жёсткостей печатной детали и неточность самой оценки.
Если критерий не проходит — три рычага, в порядке цены:
- массовая балансировка руля (груз впереди оси навески — снимает связь
изгиб-отклонение руля; самый дешёвый по массе рычаг); - толщина обшивки (крутильная жёсткость кессона растёт с толщиной
напрямую); - жёсткость конструкции — лонжерон, замкнутый контур носка, уменьшение
удлинения (§ B.1) — возврат к B.5 с новой массой.
⚠ Люфт в навеске (§ C.3, < 0.5°) — не «качество сборки», а вход этой оценки:
свободный ход руля резко снижает V_фл.
Результат: оценка V_фл и её сравнение с 1.3·V_max
Успех: V_фл ≥ 1.3·V_max при принятых жёсткостях и балансировке
Не успех: запаса нет → рычаги 1-3 выше; при исчерпании — ограничить V_max
в ТЗ (возврат к A.1) и записать ограничение в § F.2
Критерий: V_фл ≥ 1.3·V_max; для каждой управляющей поверхности назван
способ балансировки (или явно записано «не балансирована» с обоснованием)
═══ GATE: CDR / Go-NoGo #3 ═══
Вопрос: Можно строить? Все расчёты сходятся?
Критерии прохождения:
- [ ] CAD-модель полная (все детали)
- [ ] Stress report: FoS ≥ 2.0 везде
- [ ] Масса CAD-модели ≤ весового бюджета + 10% margin
- [ ] Файлы для производства готовы (STL/DXF)
- [ ] BOM финальный, все компоненты заказаны/в наличии
- [ ] Инструкция сборки написана
- [ ] CG пересчитан с финальными массами — в допуске
- [ ] Оценка флаттера: V_фл ≥ 1.3·V_max (C.7)
- [ ] Тепловой режим спроектирован, материал моторамы назван (C.2.1)
Не прошли: Возврат к C.1-C.7 (локальные доработки) или B (если масса вышла за бюджет)
ФАЗА D: MANUFACTURING / PROTOTYPING
Цель: Изготовить и собрать первый лётный экземпляр.
D.1 Изготовление деталей
- 3D-печать секций (крыло, фюзеляж, оперение)
- Резка нервюр (лазер/CNC/ручная)
- Изготовление лонжеронов
- Закупка и подготовка ПКИ (мотор, сервы, электроника)
Результат: Все детали изготовлены, ПКИ в наличии
Успех: Все детали соответствуют чертежам, стыкуются
Не успех: Деталь не подходит → перепечатка/переделка, компонент не в наличии → ждать
Критерий: Все детали готовы, визуальный осмотр пройден
D.2 Сборка
- Сборка крыла (нервюры + лонжерон + обшивка)
- Сборка фюзеляжа
- Сборка оперения
- Установка привода (мотор + ESC + проп)
- Прокладка электрики
- Установка электроники (приёмник, FC, FPV)
- Навеска рулей + подключение серв
- Стыковка крыла с фюзеляжем
Результат: Собранный самолёт
Успех: Всё собирается без доработок напильником, рули ходят свободно
Не успех: Детали не стыкуются → подгонка, рули заедают → переделка навески
Критерий: Сборка завершена, все рули работают, мотор крутится
D.3 Взвешивание и центровка
- Взвешивание полностью собранного самолёта
- Определение фактического CG
- Сравнение с расчётным
- Балансировка (если нужно — перемещение батареи, добавление груза)
Результат: Фактическая масса и CG
Успех: Масса ≤ MTOW, CG в диапазоне 25-35% MAC
Не успех: Масса > MTOW → облегчение или пересмотр ТЗ. CG за пределами → перекомпоновка (двигать компоненты — § B.5.2)
Критерий: Масса ≤ MTOW, CG = 25-35% MAC (±2%) — нормальная схема; окно
другой схемы — § «Центровочное окно — ФУНКЦИЯ АЭРОСХЕМЫ»
═══ GATE: MRR + TRR / Go-NoGo #4 ═══
Вопрос: Самолёт собран? Готов к испытаниям?
Критерии прохождения:
- [ ] Сборка завершена
- [ ] Масса ≤ MTOW
- [ ] CG в допуске
- [ ] Все рули работают, ходы соответствуют расчёту
- [ ] Мотор работает, тяга проверена
- [ ] Электроника работает (RC link, телеметрия)
- [ ] Визуальный осмотр: нет трещин, люфтов, незакреплённых элементов
Не прошли: Устранение дефектов → повторная проверка
ФАЗА E: GROUND TESTING
E.1 Статические нагрузки
- Нагружение крыла (мешки с песком / грузы) до расчётной нагрузки
- Проверка деформации (измерение прогиба)
- Проверка на остаточную деформацию после снятия нагрузки
Результат: Крыло выдерживает расчётную нагрузку
Успех: Прогиб ≤ 5% полуразмаха при n=3g, нет остаточной деформации
Не успех: Разрушение или остаточная деформация → усиление конструкции
Критерий: Нагрузка n * MTOW / 2 на каждую консоль, без разрушения
E.2 Функциональные тесты
- Все рулевые поверхности: направление, ход, скорость
- Мотор: полный газ, торможение
- Failsafe: поведение при потере связи
- Телеметрия: корректность данных
- Расход тока: соответствие расчёту
- Тепловой прогон (AD-1540): 60 с полного газа на земле, сразу после
остановки — замер температуры мотора и регулятора - Проверка дальности радиолинии (AD-1540): на ПОНИЖЕННОЙ мощности
передатчика (режим range check), с мотором на полном газе - Проверяемые строки матрицы отказов (§ B.10): failsafe, просадка питания
приёмника при одновременной перекладке всех поверхностей
Результат: Все системы работают корректно
Успех: Все тесты пройдены
Не успех: Руль в обратную сторону (самая частая ошибка!), failsafe не срабатывает
Критерий: Чек-лист функциональных тестов — 100% пунктов. Отдельно:
(а) температура мотора и регулятора после 60 с полного газа на земле — не
выше температуры размягчения материала узла (§ C.2.1) и не выше паспортного
предела регулятора; (б) дальность на пониженной мощности с работающим на
полном газе мотором соответствует заявленной производителем для этого режима
⚠ Почему газ обязателен в обоих тестах: на земле нет набегающего потока, и
60 с полного газа — самый тяжёлый тепловой режим борта (хуже, чем полёт);
работающий регулятор — главный источник наводок на приёмник, и проверка связи
без него проверяет не ту систему.
E.3 Рулёжка (Taxi test)
- Руление по земле на малой скорости
- Проверка управляемости на земле
- Разбег без отрыва (если шасси есть)
Применяется только при старте с полосы (§ B.9.1). При пуске с руки или
катапульты шага НЕТ — не «пропущен», а неприменим; в этом случае чекбокс
FRR закрывается ссылкой на решение § B.9.1.
Управление курсом на разбеге проверяется рулём направления, а не долей веса
на носовой стойке — обоснование в § B.9.5.
Результат: Самолёт управляем на земле
Успех: Прямолинейное руление, повороты, торможение
Не успех: Неуправляемость → проверка шасси, CG, рулей
Критерий: Устойчивое руление, нет тенденции к развороту
═══ GATE: FRR / Go-NoGo #5 ═══
Вопрос: Готов к первому полёту?
Критерии прохождения:
- [ ] Статические нагрузки пройдены
- [ ] Все функциональные тесты — OK
- [ ] Taxi test — OK (применимость определена § B.9.1: при старте с руки/
катапульты шага нет)
- [ ] Тепловой прогон и проверка дальности радиолинии под нагрузкой — OK (E.2)
- [ ] Погода подходящая (ветер < 5 м/с для первого полёта)
- [ ] Матрица отказов (§ B.10) заполнена, её проверяемые строки пройдены на
земле, непроверяемые — названы как ограничение
- [ ] Пилот брифован (расчётные характеристики, аварийные процедуры) — брифинг
идёт ПО матрице отказов, а не вместо неё
- [ ] Зона полёта безопасная
- [ ] Телеметрия работает
Не прошли: Устранение проблем → повторные тесты
ФАЗА F: FLIGHT TESTING
F.1 Первый полёт
- Консервативные режимы (50% газа, простые манёвры)
- Прямолинейный полёт, пологие повороты
- Оценка триммирования
- Посадка
Результат: Самолёт летает, управляем
Успех: Устойчивый полёт, адекватная реакция на рули, мягкая посадка
Не успех: Неуправляемость, крен, пикирование → аварийная посадка → анализ причин
Критерий: Самолёт совершил круг и сел без повреждений
F.2 Расширение режимов (Envelope expansion)
- Полный диапазон скоростей (от Vstall до Vmax)
- Крутые повороты
- Набор высоты на полном газе
- Планирование с выключенным мотором
Результат: Подтверждённый диапазон режимов
Успех: Все режимы ТЗ достигнуты без проблем
Не успех: Flutter, вибрации, потеря управляемости на каком-то режиме → ограничение envelope
Критерий: Все параметры ТЗ подтверждены в полёте
F.3 Stall testing
- Определение фактической скорости сваливания
- Характер сваливания (мягкий/резкий, с креном/без)
- Восстановление из сваливания
Результат: Vstall фактическая, характер сваливания
Успех: Vstall ≤ расчётной, мягкий срыв, предупреждение (бафтинг), лёгкое восстановление
Не успех: Резкий срыв с креном (опасно!) → нужен washout или vortex generators
Критерий: Vstall ≤ расчётной * 1.05, характер мягкий
F.4 Валидация ЛТХ
- Фактическая скороподъёмность
- Фактическое время полёта
- Фактический расход тока
- Сравнение с расчётом
Результат: Фактические ЛТХ vs расчётные
Успех: Отклонение ≤ 15% от расчёта
Не успех: Отклонение > 30% → ошибка в расчётах или изготовлении → анализ
Критерий: Каждый параметр ТЗ выполнен с фактическим замером
ИТЕРАЦИОННЫЕ ПЕТЛИ (возврат назад)
Петля 1: Sizing не сходится → ослабить ТЗ
Вероятность: 10-20% проектов
Триггер: MTOW растёт с каждой итерацией
Действие: Уменьшить требования (скорость, время полёта, нагрузку)
Петля 2: Preliminary → Conceptual
Вероятность: ~20% проектов
Триггер: CL_max недостижим, центровка не балансируется, конструкция слишком тяжёлая
Действие: Смена схемы или профиля
Петля 3: Detail → Preliminary (самая частая)
Вероятность: ~50% проектов
Триггер: FoS < 2.0 → усиление → рост массы → CG сдвигается
Действие: Локальные изменения конструкции, перебалансировка
Петля 4: Ground Test → Detail
Вероятность: ~30% проектов
Триггер: Статика не прошла, руль заедает
Действие: Усиление узла, переделка навески
Петля 5: Flight Test → Detail/Preliminary
Вероятность: ~70% первых прототипов
Триггер: Характеристики не соответствуют, вибрации, управляемость
Действие: От мелких доработок (vortex generators, перебалансировка) до серьёзных (новый стабилизатор)
CG — "KING CONSTRAINT"
Всё проектирование крутится вокруг допустимого диапазона центровки.
CG влияет на:
- Устойчивость (SM) — слишком передний CG = тяжело тянуть на себя, расход руля
- Управляемость — слишком задний CG = неустойчивость, опасно
- Trim drag — нетриммированный самолёт тратит руль на балансировку = доп. сопротивление
- Расположение ВСЕХ компонентов — батарея двигается для балансировки
Допустимый диапазон: 25-35% MAC (для статически устойчивого RC)
Оптимум: 28-32% MAC (SM = 5-10%)
Центровочное окно — ФУНКЦИЯ АЭРОСХЕМЫ (AD-1540)
Пара чисел выше описывает нормальную схему, а § A.3 разрешает выбрать и
другую. Универсальным окно быть не может: у бесхвостки нейтральная точка лежит
принципиально иначе, и 25–35 % САХ для неё физически неверны.
| Схема | Центровочное окно | Где число живёт |
|---|---|---|
conventional (нормальная) |
25–35 % САХ, оптимум 28–32 % | ЗДЕСЬ — это дом числа |
flying_wing (летающее крыло) |
своё, заметно более переднее по САХ | § B.6.1 (полоса SM 3…8 % и рекомендованный диапазон ЦТ бесхвостки) + docs/reference/skyforge-design-flow-reference.md § 3. Второй копии числа здесь нет намеренно |
canard (утка) |
НЕ ВЫВЕДЕНО — зависит от соотношения площадей ПГО и крыла | § B.6.1; остаётся только жёсткая граница по знаку SM |
⚠ Требование к § A.3: схема фиксируется ВМЕСТЕ со своим окном. Если схема
выбрана, а окно не названо (или для неё эталона нет), это должно быть записано
явно — «для этой схемы установленного окна нет», — а не заменено окном
нормальной схемы. Подстановка чужого окна выглядит как консервативность, а на
деле даёт борту требование другого аппарата.
Коэффициенты бюджета сопротивления
Раздел заведён в AD-1404 и служит ЕДИНСТВЕННЫМ источником числовых
коэффициентов для расчёта паразитного сопротивления
(web/services/avl/drag_budget.py). Нужного коэффициента здесь нет — он
добавляется СЮДА с указанием источника, а не подбирается по месту в коде.
Почему у каждого тела свой коэффициент, а не общая надбавка. Общий
множитель «на всё прочее» не создаёт ни одной проверяемой величины и делает
модель нечувствительной к геометрии: борт с обтекателями на стойках и борт без
них получают одно и то же число. Три тикета подряд (AD-1373, AD-1378, AD-1404)
чинили один и тот же дефект — тело существует физически и не заведено в сумму.
Интерференция стыков — множители Q
Источник: Raymer D.P., «Aircraft Design: A Conceptual Approach», таблица
коэффициентов интерференции метода Component Buildup.
| Стык | Q | Примечание |
|---|---|---|
| Фюзеляж | 1.0 | надбавки нет |
| Высокоплан, среднеплан или низкоплан с хорошим зализом | 1.0 | зализ для того и делается |
| Низкоплан без зализа | 1.1…1.4 | |
| Оперение | 1.03…1.08 | нижняя граница — с зализами, верхняя — голый стык |
| Законцовка крыла (винглет и пр.) | 1.03…1.08 | тот же стык «несущая к несущей»; у печатного RC-борта зализа нет → верх диапазона (AD-1368) |
| Гондола/внешний груз непосредственно на фюзеляже или крыле | 1.3 | оба расположения нашего редактора |
| То же, на пилоне ближе диаметра | 1.5 | у нас не встречается |
| То же, дальше диаметра | 1.0 |
Интерференция стыка крыло-фюзеляж — формула
Источник: Hoerner S.F., «Fluid-Dynamic Drag» (1965), раздел об
интерференции стыков несущей поверхности с телом.
Δ(D/q) = [0.8·(t/c)³ − 3·10⁻⁴] · c_корн² — на ОДИН стык, м²
t/c — относительная толщина корневого профиля, c_корн — корневая хорда.
Вклад растёт как куб толщины и как квадрат хорды: толстое корневое
сечение на широкой хорде и есть то место, где стык стоит дорого. При
t/c < 0.072 выражение уходит ниже нуля — это предел применимости формулы, а
не тяга: результат обрезается нулём.
Зализ снимает надбавку целиком (Q = 1.0 по таблице выше).
Плохо обтекаемые тела — Cd по МИДЕЛЮ
Источник: Hoerner S.F., «Fluid-Dynamic Drag» (1965) — разделы о
сопротивлении цилиндра в поперечном потоке, профилированных стоек и шасси.
⚠ Эти тела нельзя считать методом Component Buildup (Cf × FF × S_смоч):
у них поток отрывается сразу за миделем, и формула обтекаемого тела занизила бы
вклад в разы.
| Тело | Cd по миделю | Мидель |
|---|---|---|
| Стойка круглого сечения (Re 10⁴…2·10⁵) | 1.2 | диаметр × длина |
| Стойка в обтекателе (удлинение ≈3) | 0.10 | то же |
| Колесо с покрышкой, открытое | 0.25 | диаметр × ширина |
| Колесо в обтекателе («штанина») | 0.15 | то же |
Обтекатель окупается больше чем на порядок по стойке — именно это различие и
должна показывать модель.
Щели навески управляющих поверхностей
Источник: Hoerner S.F., «Fluid-Dynamic Drag» (1965), раздел о сопротивлении
щелей и уступов.
Δ(D/q) = Cd_щели · w · L, Cd_щели = 0.05
w — ширина щели, L — длина линии навески; коэффициент отнесён к проходному
сечению щели.
Перекрёстная проверка порядка величины. F. Thomas, «Fundamentals of
Sailplane Design»: негерметизированные щели рулей стоят борту
ΔCD ≈ 2·10⁻⁴ по площади крыла. На дефолтной геометрии нашего редактора формула
выше даёт 5.4·10⁻⁴ при щели в 2% хорды — тот же порядок при заметно более
грубых щелях печатного борта. Два независимых источника сходятся, значит
коэффициент не выдуман.
Что этими коэффициентами НЕ считается
- Шероховатость поверхности по технологии изготовления.
Cfберётся для
гидравлически гладкой поверхности. Поправка требует высоты шероховатости, а
стадии «способ изготовления и материал» в редакторе нет вовсе. - Торцевые щели по краям управляющих поверхностей — на порядок короче щелей
навески и лежат вдоль потока. - Профильное сопротивление самого крыла — считается ОТДЕЛЬНО, по поляре
профиля в рабочей точке, и в паразитный бюджет не входит по определению.
⚠ Отсюда следует граница сравнения. Типовой диапазон «CD0 борта класса RC =
0.02…0.04» относится к полному CD0 — сумме паразитного бюджета и профильного
сопротивления крыла. Сравнивать с ним один только паразитный подтотал нельзя:
это две разные величины, и принять их за одну — тот же класс ошибки, что
посчитать тело дважды.
Шасси: варианты, размеры, масса и положение
Раздел заведён в AD-1410 и служит ЕДИНСТВЕННЫМ источником чисел по шасси
(web/services/designer_v2_landing_gear.py и его клиентское зеркало
web/static/js/tools/designer_v2/landing_gear.js). Cd плохо обтекаемых тел
берётся из таблицы выше — второй копии коэффициентов здесь нет.
Шаг процесса, который эти числа потребляет, — § B.9 «Шасси и способ
старта» (решения, углы опрокидывания, доля веса на носовую стойку, клиренс
винта, критерии выхода). Здесь — ЧИСЛА, там — РЕШЕНИЯ; разнесено намеренно,
чтобы не завести вторую копию ни того, ни другого.
Шасси — решение с вариантами, а не галочка. До AD-1410 в редакторе не
существовало ни геометрии, ни параметра, поэтому вклад шасси в сопротивление был
не мал, а тождественно нулевым по построению: has_fixed_gear всегда
False. Признак дефекта тот же, что у мотогондол (AD-1373) и оперения
(AD-1378) — тело существует физически и не заведено в сумму, только здесь у него
не было даже входа.
Варианты и что каждый меняет
| Вариант | Опоры | В потоке на крейсере | Доля взлётной массы |
|---|---|---|---|
| нет (пуск с рук, катапульта, посадка на брюхо) | — | нет | 0 |
| трёхопорное с носовой стойкой | 2 основные + носовая | да | 0.055 |
| трёхопорное с хвостовой («хвостовое колесо») | 2 основные + хвостовое | да | 0.040 |
| убирающееся | 2 основные + носовая, в нишах | нет | 0.085 |
- «Нет шасси» — ЗАКОННЫЙ вариант, а не отсутствие выбора: борт запускают с рук
или катапультой и сажают на брюхо. Ноль здесь — следствие выбранного
варианта, а не отсутствия модели. - Убирающееся шасси даёт РОВНО ноль в сопротивлении на крейсере (в потоке
стоек нет — их мидель равен нулю точно, а не приближённо), но массу и объём
в фюзеляже не теряет и в развесовку входит наравне с остальными. Именно
поэтому доля массы у него САМАЯ БОЛЬШАЯ — механизм уборки, замки и приводы. - Хвостовая схема легче и дешевле по сопротивлению носовой: хвостовое колесо
на порядок меньше основного (см.size_ratioниже), а управляемой носовой
стойки с её приводом нет вовсе.
Источник долей массы: Raymer D.P., «Aircraft Design: A Conceptual
Approach», статистические групповые массы лёгкого самолёта — шасси ≈ 5–6 % W₀
при неубирающемся исполнении, убирающееся тяжелее в полтора раза. Значения выше
— КАЛИБРОВКА этого диапазона на класс RC (доли, а не абсолютные килограммы),
и это НАЗВАННОЕ ДОПУЩЕНИЕ: уточняется фактическим взвешиванием собранного шасси
ровно так же, как масса конструкции.
⚠ Шасси — ОТДЕЛЬНАЯ массовая группа, не часть массы конструкции планера.
Доля 0.35 m₀ (STRUCTURE_MASS_FRACTION, эталонная схема S18) относится к
крылу, фюзеляжу и оперению; шасси добавляется СВЕРХ неё. Сложить их в одну долю
означало бы посчитать одну массу дважды либо потерять её целиком — тот же класс,
что тело без строки в бюджете сопротивления.
Размеры опор — от размаха и мидели фюзеляжа
| Величина | Правило | На дефолтном борте редактора |
|---|---|---|
| Длина основной стойки | 1.2 · D_фюз (клиренс = полвысоты корпуса + радиус колеса) |
0.12 м при D_фюз = 0.10 м |
| Толщина стойки | 0.05 · L_стойки |
6 мм |
| Диаметр колеса | 0.04 · размах |
60 мм при размахе 1.5 м |
| Ширина покрышки | 0.33 · D_колеса |
≈ 20 мм |
Точка калибровки — конкретный борт, а не «типичные» числа. Все четыре
правила подобраны так, чтобы на дефолтной геометрии редактора (размах 1.5 м,
фюзеляж ⌀0.1 м) дать РОВНО те размеры шасси тренера нашего класса, на которых
AD-1404 замерял вклад в бюджет: стойки 120×6 мм, колёса ⌀60×20 мм. Замер оттуда
(на ДВУХ опорах): неубирающееся шасси даёт +87 % к паразитному бюджету,
шасси в обтекателях — +24 %.
Замер AD-1410 на полном бюджете дефолтного борта (фюзеляж + оперение + стык
крыла; три опоры вместо двух):
| Вариант | cd0 шасси |
Рост полного паразитного бюджета | Масса шасси |
|---|---|---|---|
| нет | 0 | 0 % | 0 г |
| трёхопорное с носовой | 0.0124 | +136 % | 77 г |
| трёхопорное с хвостовой | 0.0095 | +105 % | 56 г |
| то же в обтекателях | 0.0027 | +29 % | 89 г |
| убирающееся | 0 | 0 % | 120 г |
Именно эта таблица и есть ответ на вопрос «что меняет выбор шасси»: раньше все
пять строк были одинаковыми нулями.
Опоры разного размера считаются ЭКВИВАЛЕНТНЫМ числом основных. Сопротивление
линейно по числу опор, поэтому набор из основных и одной уменьшенной опоры
сводится к дробному числу опор основного размера по МИДЕЛЮ:
n_экв = n_осн + size_ratio². Это точная арифметика, а не приближение, и она
позволяет не заводить второй способ суммирования — тела по-прежнему складывает
одна функция drag_budget.landing_gear_parasite_drag.
| Опора | size_ratio (линейный масштаб к основной) |
|---|---|
| Основная | 1.0 |
| Носовая | 0.9 |
| Хвостовое колесо | 0.4 |
Масса распределяется между опорами как куб масштаба (геометрическое
подобие): хвостовое колесо весит ~6 % основной опоры, носовая стойка — ~73 %.
Продольное положение опор — вход развесовки
Положение основных опор относительно ЦТ и есть то, что отличает носовую схему
от хвостовой на земле, поэтому у каждого варианта оно СВОЁ (CG — "KING
CONSTRAINT" выше: ЦТ статически устойчивого RC-борта — 25–35 % САХ).
| Опора | Положение | Почему |
|---|---|---|
| Основные, носовая схема | 0.45 САХ от передней кромки САХ | ПОЗАДИ ЦТ: борт опирается на них и не капотирует |
| Основные, хвостовая схема | 0.15 САХ от передней кромки САХ | ВПЕРЕДИ ЦТ: иначе борт садится на хвост при торможении |
| Носовая стойка | 0.15 длины фюзеляжа от носа | шпангоут моторамы |
| Хвостовое колесо | 0.95 длины фюзеляжа от носа | хвостовой срез |
Убранное шасси остаётся на месте по X и уходит на ось по Y — ниши в
фюзеляже там же, где опоры выпускаются, поэтому продольная центровка убирающейся
схемы совпадает с носовой, а вертикальная — нет.
Законцовки крыла — типовые геометрии
Раздел заведён в AD-1368 и служит ЕДИНСТВЕННЫМ источником геометрии
законцовочных устройств для кода (web/services/designer_v2_planform.py
WINGTIP_DEFS ↔ web/static/js/tools/designer_v2/geometry.js WINGTIP_DEFS).
Нужной законцовки здесь нет — она добавляется СЮДА с указанием источника, а не
подбирается по месту.
Что считается, а что нет. Законцовка у нас — не поправочный коэффициент к
удлинению и не «плюс столько-то процентов качества», а РЕАЛЬНАЯ ПАНЕЛЬ
планформа: она уезжает решателю секцией крыла, и индуктивное сопротивление он
считает по ней сам, по вихревой пелене. Поэтому в таблице нет и не может быть
столбца «выигрыш, %»: величина вычисляется, а не назначается. Второе
определение той же величины (множитель к AR или к числу Освальда) —
запрещено: оно давало бы два способа получить одно число.
Почему длина панели задана ГОРИЗОНТАЛЬНЫМ ВЫНОСОМ, а не высотой. И расчёт,
и рендер наращивают панель по горизонтали, а подъём получают из угла развала
(z = y·tg Γ). При параметризации высотой законцовка типа raked (развал 0°,
высота 0) не выражается вовсе, а почти вертикальный «фин» требовал бы деления
на tg 90°. Высота — производная: высота = вынос · tg Γ.
| Тип | Вынос, доли b/2 | Развал Γ от горизонтали, ° | Стреловидность ¼ хорды, ° | Сужение (к хорде законцовки крыла) | Высота, доли b/2 |
|---|---|---|---|---|---|
прямая (none) |
— | — | — | — | 0 |
raked |
0.050 | 0 | 40 | 0.55 | 0 |
winglet_up |
0.027 | 75 | 25 | 0.65 | 0.10 |
winglet_down |
0.027 | −75 | 20 | 0.65 | −0.10 |
blended |
0.070 | 55 | 30 | 0.55 | 0.10 |
fin |
0.0042 | 88 | 8 | 0.45 | 0.12 |
sharklet |
0.0437 | 70 | 35 | 0.40 | 0.12 |
Источники.
- Whitcomb R.T., NASA TN D-8260 (1976) — первичная работа по винглетам:
панель ставится почти вертикально (в источнике развал задан от вертикали,
≈15°, то есть 75° от горизонтали — отсюда наши 75° уwinglet_up), высота
порядка хорды законцовки; выигрыш идёт от разгрузки концевого вихря, а не от
прироста размаха. - Raymer D.P., «Aircraft Design: A Conceptual Approach», раздел о
законцовках: высота винглета типично 10…15% полуразмаха, сужение панели
0.4…0.7, стреловидность её ¼ хорды больше крыльевой. Отсюда высоты 0.10…0.12
и сужения таблицы. - Практика транспортных схем (Airbus sharklet, Boeing blended/raked tip):
«сопряжённый» винглет ставится под меньшим развалом (≈55°) и длиннее;
«шарклет» — промежуточный (≈70°) с сильной стреловидностью;raked— почти
горизонтальное продолжение с резко большей стреловидностью, работающее
ПРИРОСТОМ РАЗМАХА, а не разгрузкой вихря. - v1-дизайнер SkyForge (
designer.html::WINGTIP_DEFS, семь пресетов) — те
же семь вариантов и те же развалы: 75/−75/55/88/70 и raked. AD-1368 переносит
ИХ, а не выдумывает новые, поэтому расхождения между версиями нет.
⚠ Цена устройства считается всегда (cd0_wingtips, раздел о бюджете
сопротивления выше): панель добавляет смоченную поверхность. На RC-масштабе
эта цена регулярно превышает выигрыш — замер по трём типовым бортам
редактора, каждый на СВОЁМ режиме:
| Борт (масса, крейсер) | CD_i прямая → винглет |
L/D прямая | L/D raked |
L/D winglet_up |
|---|---|---|---|---|
| тренер (1.5 кг, 15 м/с) | 0.00515 → 0.00451 | 12.86 | 12.62 | 12.44 |
| гоночный (1.6 кг, 30 м/с) | 0.00126 → 0.00120 | 6.93 | 6.74 | 6.62 |
| планер (1.2 кг, 12 м/с) | 0.00273 → 0.00242 | 15.15 | 14.74 | 14.50 |
Индуктивное сопротивление падает во всех трёх случаях — качество всё равно
ниже: смоченная поверхность панели (высота 10% полуразмаха) стоит дороже. Это
не дефект расчёта, а свойство малых удлинений и низких Re; вывод «винглет
всегда лучше» из таблицы геометрий не следует, и пресеты редактора поэтому
раздают ПРЯМУЮ законцовку, а не винглет.
⚠ Названное допущение (перекрытие с профильным сопротивлением). Опорная
площадь считается по проекции ПОСТРОЕННОГО планформа, то есть включает ТЕНЬ
панели законцовки, а профильное сопротивление крыла нормируется той же
площадью — значит тень панели (у winglet_up это 25% её истинной площади,
0.0044 м² из 0.0170 м²) учтена и профильным слагаемым, и cd0_wingtips.
Замеренная величина перекрытия — ≈0.7% полного CD на дефолтном борте.
Устранение требует нормировать профильное сопротивление по площади БЕЗ
устройства, то есть завести вторую опорную площадь, — это дороже самой ошибки
и запрещено каноном одной опорной площади (AD-1222).
⚠ Названное допущение (устройству начислена ЦЕНА, но не МАССА). Масса
конструкции планера оценивается корреляцией по размаху КРЫЛА
(m_констр = доля · k(назначение) · b^2.6, реализация —
web/services/designer_v2_mass.py), и никакого
геометрического входа, кроме размаха, у неё нет. Значит панель законцовки
добавляет к отчёту сопротивление (cd0_wingtips), но НЕ добавляет ни грамма
массы — борт с винглетом выходит немного легче реального. Порядок
недоучёта: у winglet_up истинная площадь обеих панелей ≈0.0170 м² против
0.264 м² крыла дефолтного борта (дефолты: span 1.5 м, rootChord 0.22 м,
taper 0.6), то есть 6.5% несущей поверхности, не отражённые в массе. Дописать
сюда «плюс столько-то грамм за винглет» нельзя:
это было бы ВТОРОЕ правило массы (по площади) рядом с действующим (по
размаху) — тот же класс, что вторая опорная площадь. Закрывается не поправкой,
а отдельной стадией развесовки по площадям несущих поверхностей; до неё
ограничение названо здесь и в докстрингах
(web/services/designer_v2_mass.py; в designer_v2_analysis — инлайн у
wingtip_surfaces внутри build_avl_geometry, там же, где законцовке
начисляется сопротивление).
Удлинение борта с устройством считается по ОПОРНОЙ паре. Размах в
числителе AR = b²/S — опорный, то есть проекция ПОСТРОЕННОГО планформа на XY
(с тенью панели), ровно та же величина, которой решатель нормирует
коэффициенты (b_ref), а площадь в знаменателе — та же опорная S_ref. У
raked построенное удлинение поэтому РАСТЁТ (вынос 5% полуразмаха → b_ref ≈
1.05·b), и это правильный ответ: устройство работает приростом размаха. Взять в
числитель размах КРЫЛА при площади С устройством значило бы показать
пользователю упавшее удлинение там, где построенное выросло, — две величины под
одним именем (AD-1222/AD-1368).
Транспортное ограничение ТЗ проверяется ПОСТРОЕННЫМ размахом. «Не шире X»
(maxTransportSpanM, S01) сверяется с той же опорной проекцией на XY, а не с
размахом крыла params.span: в багажник едет то, что построено, а построенный
габарит по оси Y у raked шире крыла на 5%, у blended — на 7%. Оставить там
params.span значило бы пропускать ограничение с превышением до 7% — по
расчёту борт влезает туда, куда физически не входит (тот же класс, что
AD-1222). Складывания/разъёмности у v2 нет, поэтому транспортный габарит равен
построенному полётному — допущение названо
(transport_span_equals_flight_span) и показывается пользователю.
ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ ПОТОКИ
КРЫЛО: [геометрия]─[конструкция]─[FEA]─[файлы для печати]────>
│ │ │
ОПЕРЕНИЕ: [геометрия]─[конструкция]─────────────────────────────>
│ │ ║ Параллельно,
ФЮЗЕЛЯЖ: [геометрия]─[конструкция]─[компоновка]─────────────────> связаны
│ │ │ ║ через CG
ПРИВОД: [подбор мотора]─[пропеллер]─[батарея]─────────────────>
│ │ │
ЭЛЕКТРОНИКА: [выбор]─────[схема]─────[закупка]─────────────────────>
Точки синхронизации: CG analysis (B.5) — ждёт данные от ВСЕХ потоков.
ДОСТАТОЧНОСТЬ УПРАВЛЕНИЯ: коэффициенты и расчётные случаи
Добавлено AD-1416 — стадия S14b эталонной схемы
(docs/reference/skyforge-design-flow-reference.md). Раздел собирает числа,
которых в этом справочнике не было: до него «привод выбран и подтверждён
расчётом» (критерий выхода фазы B) не опирался ни на одну величину.
Устойчивость и управляемость — разные вопросы. Устойчивость отвечает
«вернётся ли аппарат к режиму сам», достаточность управления — «хватит ли
власти рулей, чтобы им управлять». Модель может быть устойчивой и
неуправляемой: слабый привод отдаёт руль набегающему потоку.
Расчётные случаи
| Случай | Скорость | Что определяет | Поверхность |
|---|---|---|---|
| Балансировка на крейсере | V_кр |
угол, на котором руль стоит в горизонтальном полёте | РВ |
| Вывод из крена | V_кр |
потребный темп крена | элероны |
| Посадка | 1.3·V_свал |
балансировка на Cl захода |
РВ |
| Боковой ветер | заход + ветер | балансировка скольжения | РН |
| Шарнирный момент | 1.4·V_кр (VNE) |
нагрузку на привод | все |
Посадочная скорость 1.3·V_свал — общепринятая практика RC (запас 30 % над
сваливанием); V_свал считается по Cl_max крыла, а не по типовому числу:
типового Cl_max не бывает, он свойство профиля и планформа.
Коэффициенты
| Величина | Значение | Источник |
|---|---|---|
Эффективность руля τ(c_f/c) |
полином 4-й ст.: −6.624x⁴ + 12.07x³ − 8.292x² + 3.295x + 0.004625 |
Sadraey, Aircraft Design: A Systems Engineering Approach (2013), гл. 12 |
| — контрольные точки | τ(0.20)=0.42, τ(0.28)=0.50, τ(0.35)=0.56, τ(0.50)=0.67 |
там же |
| Наклон линии подъёмной силы | a = a₀/(1 + a₀/(π·e·AR)), a₀ = 2π, e = 0.9 |
теория несущей линии Прандтля |
Cd0 борта |
0.02 | типовое для RC-моделей (Raymer, гл. 12; вход демпфирования крена) |
КПД потока у оперения η_h |
0.9 | типовое (Raymer, гл. 16) |
Cm_ac профиля |
−0.05 | ходовые RC-профили с положительной кривизной (NACA 2412) |
Целевая спираль крена P·b/2V |
0.08 | 0.07…0.09 для тренировочных и спортивных RC |
| Расчётный боковой ветер | 3 м/с | типовой предел для лёгкой модели |
Ch_α / Ch_δ простого руля |
−0.005 / −0.008 на градус | plain flap, NACA TR-688 / Roskam, Airplane Design ч. VI |
| Расчётный угол атаки в случае шарнирного момента | 5° | манёвр/порыв |
| Механический предел отклонения | 30° | типовая кинематика качалки RC |
| Запас по углу | ≤ 80 % механического предела | критерий «с запасом, а не на упоре» (S14b) |
| Запас по моменту привода | ×2 | критерий S14b («порядка двукратного») |
| КПД проводки | 0.85 | трение и податливость тяг |
| Время реакции управления | 0.2 с | потребный темп перекладки |
| Деративка скорости привода под нагрузкой | 0.7 | паспорт даёт скорость без нагрузки |
| Люфт проводки | < 0.5° | § C.3 этого справочника (допущение, не расчёт) |
| Погонная масса сервокабеля | 6 г/м | трёхжильный 28 AWG |
Классы приводов (паспортные данные при 6 В)
| Класс | Момент, кг·см | Скорость, с/60° | Масса, г | Стопорный ток, А |
|---|---|---|---|---|
| микро 5 г | 0.8 | 0.10 | 5.0 | 0.45 |
| 9 г (TowerPro SG90) | 1.8 | 0.10 | 9.0 | 0.70 |
| 14 г металл (MG92B) | 3.5 | 0.08 | 13.8 | 1.20 |
| 55 г (MG996R) | 11.0 | 0.17 | 55.0 | 2.50 |
| 60 г цифровой (DS3225) | 25.0 | 0.13 | 60.0 | 3.50 |
Две связи, без которых стадия сходится на бумаге
- Масса приводов и проводки возвращается в развесовку. Пять приводов по
9 г — это 45 г на борте расчётной массой 1.5 кг, и стоят они не в ЦТ, а на
крыле и в хвосте. Проверка достаточности, не вернувшая эту массу в
центровку, ломает CG — «king constraint» этого справочника. - Ток тракта считается по ПИКОВОМУ, а не среднему потреблению. При
одновременной перекладке всех поверхностей (порыв, вывод из крена, тест
рулей на земле) каждый привод берёт стопорный ток; разница с суммой холостых
токов — два порядка. Стабилизатор питания, подобранный по среднему,
просаживается ровно в момент, когда управление нужнее всего.
Смешанные поверхности: правило смешивания (AD-1425)
Добавлено AD-1425. До него потребный угол смешанной поверхности не считался
вовсе: элевон отдавал признак «микшер не реализован». Именно на смешанной
поверхности нехватка управления вылезает первой — ход делится между осями, и
полного отклонения не получает ни одна.
Микшер следует из аэросхемы, а не настраивается на глаз (критерий выхода
S14b). Правило: смешанная поверхность берёт на себя ту ось, у которой на борте
НЕТ своей выделенной поверхности, а ход делится между взятыми осями поровну.
| Компоновка | Оси элевона | Доля хода |
|---|---|---|
| Летающее крыло (только элевоны) | крен + тангаж | по 50 % (15° из 30°) |
| Элевоны + отдельный руль высоты | только крен | 100 % (30°) |
| Элевоны + элероны + руль высоты | — | не выводится: доля тут свободный выбор конструктора, и её не угадывают |
Равные доли — допущение, а не расчёт: ровно так устроены ходовые микшеры
хобби-аппаратуры и полётных контроллеров. Выводить долю из ПОТРЕБНОСТИ осей
(δ_оси / Σδ) нельзя: доступный оси ход тогда равен её же потребности с
точностью до общего множителя, и вердикт каждой оси вырождается в вердикт суммы.
Три проверки вместо одной
| Проверка | С чем сравнивается | Что ловит |
|---|---|---|
| Потребный угол ОСИ | доля хода этой оси | ось просит больше, чем ей даёт микшер, — при том что сумма может укладываться |
Совместный случай δ_крен + δ_тангаж |
ПОЛНЫЙ механический ход | одновременный запрос по обеим осям (выравнивание на посадке с исправлением крена) |
| Момент привода | паспортный момент | как и у обычной поверхности |
Совместный случай считается по МЕНЬШЕЙ из скоростей осей: потребный угол крена
от скорости не зависит (целевая спираль P·b/2V безразмерна), а
балансировочный растёт с падением скорости.
Управляющая производная тангажа — по НОСИТЕЛЮ поверхности
| Носитель | Cm_δ |
Плечо |
|---|---|---|
| ГО (руль высоты) | a_h·η_h·Vh·τ |
несколько САХ |
| Крыло (элевон, бесхвостка) | a_w·τ·(S_рул/S)·(x_рул/САХ) |
доли САХ |
x_рул — от ЦТ до центра площади поверхности; ЦТ бесхвостки берётся из запаса
устойчивости (нейтральная точка ≈ ¼ САХ крыла, ЦТ впереди неё на SM·САХ).
⚠ Следствие, которое видно сразу: плечо элевона на порядок короче, поэтому
несимметричный профиль (Cm_ac = −0.05 из таблицы выше) обходится бесхвостке
ДЕСЯТКАМИ градусов элевона на балансировку. Это не дефект расчёта, а причина,
по которой летающие крылья строят на S-образных (рефлексных) профилях и с малым
запасом устойчивости. Реальный Cm_ac профиля в расчёт пока не доезжает
(допущение названо в таблице коэффициентов); подмена его «удобным» нулём была бы
приукрашиванием, а не уточнением.
Реализация — web/static/js/tools/designer_v2/control_authority.js
(AD-1416, смешанные поверхности — AD-1425); граница стадии — руддерватор
(записи в каталоге геометрии пока нет) в неё не входит. Механизация (закрылки)
заведена AD-1367 — см. следующий раздел; в достаточность управления она входит
СВОИМ расчётным случаем
шарнирного момента, а её прирост подъёмной силы и сопротивления живёт в поляре
крыла, а не здесь.
МЕХАНИЗАЦИЯ КРЫЛА (закрылки)
Добавлено AD-1367 — паритет v1→v2 по стадии S09 эталонной схемы. Раздел
собирает числа, которых в этом справочнике не было: B.1 упоминал закрылки в
перечне управляющих поверхностей крыла, но ни одного коэффициента под них не
давал.
Закрылок — не четвёртый руль. Руль создаёт момент по оси и поворачивает
борт; закрылок меняет поляру крыла: его выпуск даёт прирост подъёмной силы
и прирост сопротивления. Отсюда и величины, которые он двигает, — скорость
сваливания, посадочная скорость (1.3·V_свал) и CD0 конфигурации, а не темп
крена или балансировочный угол.
Показывать одну половину без другой нельзя. Прирост CL_max без прироста
CD даёт механизацию, которая борт только улучшает, и цена решения остаётся
неназванной — тот же класс, что «обязательство и результат под одним именем»
(§ 14 эталонной схемы).
Положения и углы
| Положение | Угол выпуска | Зачем |
|---|---|---|
| Убрано | 0° | крейсер; поляра чистого крыла |
| Взлётное | 15° | прирост подъёмной силы при малой цене по сопротивлению |
| Посадочное | 40° | низкая скорость захода и крутая глиссада; сопротивление здесь цель, а не цена |
Простой (небалансированный) закрылок дальше ~45° работать перестаёт — поток за
ним срывается целиком, и прирост подъёмной силы падает.
Коэффициенты
| Величина | Значение | Источник |
|---|---|---|
Типовая хорда закрылка c_f/c |
0.15…0.30 (домен ползунка 0.15…0.35) | Raymer, «Aircraft Design: A Conceptual Approach», гл. 12 |
Эффективность τ(c_f/c) |
тот же полином, что у рулей (см. раздел выше) | Sadraey, гл. 12 |
Поправка на большое отклонение η_δ |
10°→1.00, 20°→0.83, 30°→0.66, 40°→0.55, 50°→0.46, 60°→0.38 (линейная интерполяция) | Roskam, Airplane Design ч. VI, кривая η_δ(δ) для plain flap |
| Секционный прирост | Δcl_max = a₀·τ·η_δ(δ)·δ |
теория тонкого профиля с эмпирической поправкой |
| Переход к крылу | ΔCL_max = 0.9·Δcl_max·(S_flapped/S_ref)·cos Λ_шарнира |
Raymer, ур. 12.21 |
| Прирост сопротивления | ΔCD = F·(c_f/c)·(S_flapped/S_ref)·(δ − 10°), F = 0.0144 (plain), 0.0074 (щелевой) |
Raymer, гл. 12 |
Скорость выпуска V_FE |
1.4·V_свал (допущение: своих ограничений эксплуатации в продукте нет) |
практика RC; заход идёт на 1.3·V_свал |
Перекрёстная сверка модели. На 60° и c_f/c = 0.20 формула выше даёт
Δcl_max ≈ 1.05, тогда как Raymer (табл. 12.2) для plain flap приводит
«типичное» 0.9. Порядок и величина сходятся; ужесточать это сравнение нельзя —
сопоставляются метод и табличное значение, а не два расчёта одной модели.
Множитель 0.9 в переходе к крылу учитывает, что максимум подъёмной силы
механизированной и чистой частей крыла достигается на разных углах атаки, и
складывать их полностью неправомерно.
Что этими коэффициентами НЕ считается
- щелевой и выдвижной (Fowler) закрылок — у них своя
Fи своя прибавка
хордыc'/c; каталог v2 знает только простой закрылок, и второй тип приедет
вместе со своей записью, а не подгонкой этих чисел; - смещение аэродинамического центра и момент
Cmот выпуска — выпущенный
закрылок даёт заметный пикирующий момент, который здесь не считается вовсе;
это вход стадии балансировки, и он остаётся разрывом
(docs/reference/skyforge-design-flow-gaps.md); - потребная длина разбега — величина S16-соседства (нужны располагаемая
тяга и коэффициент трения качения), этим тикетом не заводилась.
Реализация: web/services/avl/high_lift.py (подъёмная сила),
web/services/avl/drag_budget.py::flap_deployment_drag (сопротивление),
web/services/designer_v2_flaps.py (конфигурация борта → числа расчёта).