Параметры расчёта
Простыми словами. На шаге 3 «Условия» вы говорите трубе, в каком полёте
смотреть модель: как быстро летим (скорость), насколько задран нос (угол
атаки), в каком воздухе (высота и температура), не дует ли сбоку
(скольжение) и сколько весит самолёт (полётная масса). Сразу под полями
браузер за секунду даёт быструю оценку — грубый ответ ещё до расчёта. На
шаге 2 «Рули» вошедший отмечает рули модели, чтобы посчитать её с
отклонённым рулём или серией отклонений. Всё необязательное можно не
трогать — по умолчанию стоят разумные значения для небольшой RC-модели.
Скорость потока
Ползунок и поле точного значения, в км/ч или м/с (переключатель рядом с
полем), от 1 до 125 м/с (до 450 км/ч). Кнопки под ползунком ставят типичные
скорости небольшой RC-модели (размах 1–1,6 м, 0,8–2 кг): посадка
~32 км/ч (9 м/с — заход на 1,3 скорости сваливания при нагрузке на крыло
~35 г/дм²), крейсер 72 км/ч (20 м/с — значение по умолчанию) и
максимум 126 км/ч (35 м/с). Это подсказки, а не пределы.
Выше 100 м/с (360 км/ч, около 0,3 скорости звука) под полем появляется
предупреждение: расчёт не учитывает сжимаемость воздуха, и силы давления
выходят заниженными — на сколько процентов, видно там же (оценка
Прандтля–Глауэрта 1/√(1 − M²), M — число Маха: на 125 м/с около 8 %). Кроме
того, на таких скоростях менее надёжно трение: клетки сетки у поверхности
для него крупноваты. То же предупреждение повторяется на странице расчёта.
Атмосфера
Воздух, в котором «дует» труба, — как вкладка Aero data в XFLR5. Два
способа, переключатель над полями:
- Высота и температура (по умолчанию): высота над уровнем моря (от −500
до 11 000 м) и температура воздуха (от −60 до +50 °C; пусто — стандартная
для этой высоты). Давление берётся по барометрической формуле стандартной
атмосферы (ISO 2533), плотность — ρ = p/(R·T), вязкость — по Сазерленду;
жаркий день на той же высоте даёт воздух реже, холодный — плотнее. - Плотность и вязкость — свои числа (плотность 0,3–1,4 кг/м³,
кинематическая вязкость 1–5 ×10⁻⁵ м²/с); нужны оба.
Под полями — получившиеся ρ и ν и, когда модель загружена, число Рейнольдса
по её длине вдоль потока. Значения вне границ форма не принимает (итоговые ρ
и ν тоже обязаны уложиться в них: у земли при −45 °C плотность выходит 1,55
— это отказ, а не молчаливая обрезка). По умолчанию — воздух у земли:
0 м, 15 °C, ρ = 1,225 кг/м³, ν = 1,46·10⁻⁵ м²/с. Плотность идёт прямо в
силы: при ρ вдвое меньше силы вдвое меньше (при том же поле течения), а от
температуры зависит ещё и скорость звука — число Маха и порог предупреждения
о сжимаемости считаются по ней (на 11 км воздух −56,5 °C и звук 295 м/с
вместо 340: те же 100 м/с — уже 0,34 Маха). Ту же плотность использует
быстрая оценка. Воздух входит в условия расчёта: тот же файл при другой
плотности — другой расчёт.
Как совпасть с XFLR5. Расхождение «в разы» чаще всего — плотность: в XFLR5
на вкладке Aero data стоит своя ρ (например, 0,3205 кг/м³ — это около
12 км), а здесь по умолчанию 1,225. Откройте у себя блок «Атмосфера»,
выберите «Плотность и вязкость» и впишите те же ρ и ν, что в XFLR5, — или те
же высоту и температуру, если там нажата кнопка From altitude and
temperature. Скорость, угол атаки и площадь крыла при сверке тоже должны быть
теми же.
Качество сетки
«Быстро, ~1 мин» или «Точно» (по умолчанию): ~4 мин, если вы вошли в аккаунт
(расчёт на видеокарте), ~10 мин без входа или если видеокарта сервера занята
(расчёт на процессоре). «Быстро» — черновик, сравнивать варианты можно только
в «точно»: разбор — на стартовой странице.
Угол атаки
Ползунок и поле точного значения, от −10 до +15°, по умолчанию 0; стрелка в
предпросмотре наклоняется вслед. Модель остаётся такой, как загружена,
наклоняется поток: при положительном угле воздух идёт снизу, как у
модели с задранным носом. Силы считаются в осях потока: сопротивление —
вдоль набегающего потока, подъёмная — поперёк него. Больше ~12–15° крыло
срывается, а эта сетка (без пограничных слоёв) срыв не предсказывает —
поэтому предел +15°.
Перебор нескольких углов на одной модели даёт кривую подъёмной силы: у
Kestrel на 16,7 м/с подъёмная растёт примерно на 4,7 Н на градус между −4° и
+4°, к +8° рост замедляется. Расчёт под углом обычно идёт дольше: силы
устанавливаются медленнее (у Kestrel в режиме «точно» на процессоре ~10 мин
при 0°, ~11 мин при +4°). При отрицательных углах силы могут так и не
установиться, а колебаться — тогда расчёт останавливается, когда устоялось
среднее, и идёт дольше, чем при 0° (у Kestrel при −4° — ~20 мин, подъёмная
качается на ±13 %, показано её среднее с этим «±»: на сравнение вариантов
оно годится, отдельному мгновенному значению верьте меньше). Оценка — по
замеру одной модели, не обещание.
Сравнивайте расчёты одной версии расчётчика. Когда расчётчик меняется,
силы одной и той же модели могут сдвинуться на проценты. Чтобы сравнить
старый вариант с новым, запустите старый заново: тот же файл с теми же
параметрами после обновления расчётчика считается заново.
Быстрая оценка
На шаге «Условия», под полем угла атаки (считается она сразу после выбора
файла, за полсекунды–пару секунд), стоит быстрая оценка — прямо в браузере, по тому же файлу, без
отправки на сервер: подъёмная сила, индуктивное сопротивление,
коэффициент момента тангажа Cm (относительно ¼ САХ) и нейтральная точка (в %
САХ от её передней кромки). Двигаете ползунок угла атаки или скорости —
числа пересчитываются сразу: файл заново не разбирается.
Как это считается: из модели вынимаются несущие поверхности — крыло и
горизонтальное оперение (сечения поперёк размаха), и по ним решается метод
вихревой решётки (VLM). Поэтому у оценки честные границы, и они написаны под
числами:
- приблизительно: нет отрыва потока, трения и фюзеляжа — только крыло и
оперение как тонкие поверхности. Подъёмную при нулевом угле и её наклон по
углу оценка берёт чуть меньше, чем дал бы этот метод сам по себе, — так, как
их показывает расчёт CFD этой аэротрубы (поправки подобраны по трём
крыльям). У Kestrel на 16,7 м/с оценка расходится с CFD не больше чем на
2 % между 0° и +6° (при 0° — 9,85 Н против 9,55–9,84 Н, при +4° — 28,8 Н
против 28,6–28,9 Н); у крыльев другой формы — до ~4 %. От того, насколько
густую решётку оценка взяла по хорде крыла, результат почти не зависит (от
6 до 24 панелей — в пределах 2,4 %). Момент тангажа поправлен теми же
множителями, что подъёмная; с CFD его можно сверить на странице результата
(строка Cm в блоке сверки). Тупую заднюю кромку печатной
модели (0,6–1 мм) оценка понимает: кромкой считается середина её торца; - сопротивление — только индуктивное (от подъёмной силы); трения и
сопротивления формы в нём нет, поэтому оно всегда меньше сопротивления CFD; - вне −2…+6° — «вне линейной области»: метод продолжает прямую там, где
настоящее крыло начинает срываться (у Kestrel при +8° оценка на
~14 % выше CFD); - нейтральная точка — без фюзеляжа (он обычно сдвигает её вперёд на 3–7 %
САХ); и если оперение стоит близко к следу крыла, она у этого метода
«скачет» и может выйти на несколько процентов САХ дальше назад, чем есть.
Насколько близко стоит оперение, оценка пока не проверяет, поэтому пометка
стоит у любой модели с найденным оперением.
Если оценка что-то заметила в модели, она скажет об этом строкой над
пометками: оперение не найдено (летающее крыло?), у корня отрезано много как
«фюзеляж» (крыло с изломом в плане?), поверхностей больше, чем бывает у
самолёта, рули сборки посчитаны в нейтрали, модель заходит за Y = 0 и т. п. Если крыла в
модели не нашлось вовсе — «оценка недоступна для этой модели»; расчёт CFD
от этого не зависит и работает как обычно.
Сборка из печатных деталей
Продувать можно и настоящую сборку — с сегментами крыла на саморезах,
уступами стыков и отдельными рулями. Быстрая оценка разбирает её так:
- сегменты одного крыла склеиваются в одну поверхность, даже если в стыке
на несколько сантиметров нет ровного профиля (бобышки, ключ, торцевые
стенки); стыковая зона длиннее хорды — уже не стык, а две разные части; - отдельный элерон, закрылок или руль высоты считается частью своего крыла
или оперения в нейтрали — профиль продолжается до задней кромки руля.
Отклонение рулей оценка пока не считает; - не несущие детали отбрасываются: куски фюзеляжа у оси, пластины,
карбоновые полосы и тяги; - если несущих поверхностей много, решётка делится между ними (крылу —
больше), и оценка честно предупреждает, что посчитана на более редкой
сетке. «Оценка недоступна» остаётся только для модели, в которой несущих
поверхностей больше 21.
Что из этого случилось с вашей моделью, оценка пишет строкой над пометками.
Сборка Kestrel (555 тыс. граней): крыло с элероном и оперение с рулём высоты,
остальное отброшено; подъёмная при 3° и 35 м/с — 103 Н против 101 Н у CFD той
же сборки. Ниши в обшивке (отсек серво, паз ключа у фюзеляжа) оценка
перекрывает — для обтекания внешняя форма та же, а без этого тонкая
поверхность видела бы выемку как лишнюю кривизну профиля: крыло сборки
отличается от крыла цельной модели на 0,7 %. Перекрывается выемка не шире
0,35 хорды и глубже 1 мм на хорде 200 мм; швы и накладки мельче — это
настоящая форма.
Время (замер на Kestrel, 58 тыс. граней, Chrome на ноутбуке): оценка готова
через ~0,5 с после выбора файла, точка по ползунку — микросекунды. На
телефоне — оценочно в 4–6 раз дольше, то есть 2–3 с; считается в фоне,
страница не замирает.
На странице результата та же оценка стоит рядом с силами CFD — при тех же
угле атаки и скорости (блок «Сверка с быстрой оценкой»): подъёмная CFD против
подъёмной оценки, сопротивление CFD против индуктивного, и коэффициент
момента тангажа Cm обоих — относительно ¼ средней аэродинамической хорды,
которую нашла оценка (момент CFD браузер переносит к этой же точке). Подъёмная в
пределах 0…+6° обычно сходится с CFD до нескольких процентов (у Kestrel —
до 2 %; при −2° подъёмная Kestrel около нуля, и оценка отличается от CFD на
1 Н); расхождение в десятки процентов — повод посмотреть, что оценка взяла
за крыло и оперение и что предупреждения говорят о модели, а
если подъёмная отличается в разы — проверьте модель (единицы, ориентацию,
замкнутость). Сопротивление CFD всегда больше индуктивного: в нём ещё трение
и сопротивление формы. Какие поверхности оценка при этом взяла, видно в
3D-виде результата — тумблером «Сетка быстрой оценки» (см.
«3D-вид»).
Рули: назначение и ход
Вошедшему на шаге 2 формы виден блок «Рули»: в нём отмечается, какие
детали модели — элероны, закрылки, элевоны, руль высоты и руль направления.
Назначение нужно для расчёта с отклонением руля
и для серии отклонений. Порядок работы — три шага,
они же написаны в самом блоке:
- Выберите группу (вкладки «Элероны», «Закрылки», «Элевоны», «Руль
высоты», «Руль направления» — у каждой своя цветная метка), наведите мышь
на руль на модели и кликните. Деталь под курсором подсвечивается
оттенком цвета группы, а рядом с курсором — подпись с её номером и тем, что
сделает клик («добавить», «убрать», «перенести из другой группы»).
Назначенная деталь окрашивается цветом своей группы — так на модели видно
всё назначенное сразу. Оранжевый ни одной группе не достаётся (элероны —
зелёные): он занят сеткой быстрой оценки, и с включённой сеткой рули с ней
не сливаются. - Проверьте ось шарнира — белая линия вдоль передней кромки назначенной
детали. Если она легла не так — «Задать ось шарнира» и два клика по линии
шарнира на модели. - Задайте ход вниз и вверх и подвигайте ползунок — детали группы
поворачиваются на модели.
Мастер спрашивает по группам по очереди («Где элероны?»), группу можно
пропустить. Клик по модели назначает рули и ставит точки оси только на шаге
«Рули»: на шагах «Модель» и «Условия» модель можно вращать и разглядывать —
назначение и ось от этого не меняются, а начатый «Задать ось шарнира» при
уходе с шага отменяется. Оранжевая решётка быстрой оценки скрывается сразу,
как только загруженная модель попала в мастер рулей (вошедшим, если в модели
больше одной детали), — на любом шаге, а не только на «Рулях», — чтобы не
мешать выбирать детали; кнопка решётки в правом верхнем углу сцены (рядом со
«Сбросить вид») возвращает её, а новый файл снова прячет. Мелкую деталь, в
которую трудно попасть мышью, можно выбрать по номеру — поле спрятано в
сворачиваемом пункте под списком назначенных; номер показывает подпись у
курсора, и он тот же, что в блоке «О модели» результата. У модели из STEP
деталь можно выбрать и по имени тела (см.
«Подготовка модели»).
- Элероны — левый и правый, отклоняются в разные стороны; ход вниз и вверх
задаётся отдельно (дифференциал элеронов). - Закрылки и руль высоты — все детали группы синхронно (руль высоты
бывает из нескольких деталей). - Элевоны — вместе на тангаж, в разные стороны на крен; в превью
переключатель «Тангаж | Крен». - Руль направления — ход вправо и влево.
У назначенной детали сразу есть ось шарнира — предложение по передней
кромке детали (по её концам по размаху, на радиус носка позади кромки). Ход
задаётся в градусах в обе стороны (до 60°), а ползунок превью
поворачивает детали группы на экране — так видно, туда ли и вокруг той ли оси
они ходят. «Плюс» — задняя кромка вниз, у руля направления — вправо.
Назначение сохраняется в расчёте: на странице результата — сводка «Рули»,
а «Изменить параметры и запустить заново» переносит его в новый расчёт как
есть. Без входа блока нет — вместо него подсказка войти.
Одиночный расчёт без отклонения назначение не использует — рули считаются в
том положении, в каком они в файле. Назначение читают серия отклонений и
одиночный расчёт с отклонением руля (ниже).
Если рули не выбираются. Детали — это отдельные тела (связные оболочки) в
одном STL. Если модель экспортирована одним слитым телом, мастер так и
скажет: тогда экспортируйте модель заново так, чтобы каждый руль был
отдельным телом в том же файле (в Fusion — выбрать все тела и «Save as Mesh»
одним файлом, не объединяя тела перед этим; в других CAD — не сливать тела
перед экспортом). Руль, который касается крыла вплотную, без зазора,
становится с ним одной деталью — оставьте зазор шарнира.
Один расчёт с отклонением руля
Одиночный расчёт может посчитать модель с повёрнутым рулём: выбранная группа
(руль высоты, элероны, закрылки, элевоны, руль направления) поворачивается по оси
шарнира на заданный угол — тем же способом, что кадр серии, — и расчёт даёт то же,
что обычный одиночный: силы, картинки и полный 3D-вид.
Из формы. Войдите, на шаге 2 «Рули» отметьте группу (детали, ось шарнира,
ход), а на шаге 3 «Условия» в режиме «Один расчёт» выберите «Отклонить группу
рулей» и введите угол в градусах. Угол — положение «ручки» группы, как у ползунка
мастера рулей и у серии: у синхронных групп (руль высоты, закрылки, элевоны)
все детали поворачиваются на этот угол, у элеронов правая — на него, левая — в
обратную сторону на ту же долю хода; плюс — задняя кромка вниз (у руля
направления — вправо). Угол должен лежать в ходе группы, заданном на шаге
2, иначе расчёт не принят (отказ «Отклонение руля вне хода»). Сводка на шаге 4
называет группу и угол, шапка страницы результата — тоже. Без выбранной группы
рули стоят как в файле. При выборе «Серия отклонений» поле очищается: у каждого
кадра серии своё отклонение.
Рамка расчёта — по ходу группы, а не по этому углу. Размер области и сетка
строятся от огибающей руля на всём его ходе (как у серии), поэтому расчёт с
углом 0° — это не «модель без рулей», а тот же случай, что нейтральный кадр
серии. Расчёт без отклонения строится по габариту модели как есть.
Тот же расчёт заново не считается. В условия расчёта входят группа и угол, а
также назначение этой группы (детали, ось, ход): тот же угол при другом ходе или
другой оси — другая геометрия и другой расчёт. Перезапуск расчёта с отклонением
(форма «Изменить параметры…») сохраняет группу и угол. Режим «внутренний
проток», атмосфера и точка момента наследуются так же, как у любого
перезапуска.
Скольжение и путевая устойчивость
Поле «Скольжение» на шаге 3 «Условия» поворачивает поток вбок: плюс — ветер
справа, минус — слева, от −10° до +10°; модель остаётся как загружена. В
полумодели скольжения не бывает (плоскость симметрии не пропускает поток через
себя), поэтому расчёт со скольжением всегда идёт моделью целиком — около
двух раз дольше, чем при 0° (сводка шага 4 показывает время), и сетка у него
примерно вдвое больше. Скольжение в режиме «точно» форма называет ещё до
запуска — на шаге проверки: модель целиком, сетка примерно вдвое больше,
расчёт дольше; ИИ-агенту то же предупреждение приходит полем sideslip_note
ответа wind_tunnel_submit. Нужен файл самолёта целиком: файл-полумодель
самолёта (фюзеляж или киль у плоскости Y = 0, крыло с одной стороны) со
скольжением не принимается — посчитался бы однокрылый самолёт. Чистая консоль
без фюзеляжа и киля (прямое крыло постоянной хорды) от целого крыла по форме
не отличается, поэтому её скольжение принимает: посчитается ровно тот брусок,
который в файле, а в сводке будет предупреждение, что симметрию по габариту
проверить не удалось.
На странице результата тогда есть блок «Боковая сила / Крен / Рыскание»:
боковая сила плюс — вправо, крен плюс — правое крыло вниз, рыскание плюс —
нос вправо; моменты — относительно той же точки, что и момент тангажа. Точку
момента (центр масс) на странице можно двигать и у такого расчёта: блок
пересчитывает все три момента — тангаж, крен и рыскание — с учётом
боковой силы, мгновенно и без нового расчёта. Быстрая оценка у такого расчёта
показана с пометкой «без скольжения»: она считает поток прямо, но
подъёмная и сопротивление в пределах ±10° скольжения меняются не больше чем
на ~3 %, то есть на порядок меньше её собственной точности; боковой силы,
крена и рыскания у оценки нет.
Устойчива ли модель по курсу. Посчитайте её дважды, меняя только скольжение
— например −5° и +5°, — и сравните эти два расчёта («Мои расчёты» → «Сравнить»).
Сравнение покажет, как меняется рыскание на градус скольжения:
- рыскание растёт со скольжением (плюс) — устойчива: при ветре сбоку нос
поворачивается на ветер, как флюгер; это даёт киль за центром масс; - убывает (минус) — неустойчива: киль мал или слишком близко к центру,
фюзеляж впереди перевешивает; - там же «крен от скольжения»: минус — наветренное крыло поднимается
(поперечная устойчивость), плюс — опускается.
Числа — в Н·м на градус, без деления на площадь и размах (их расчёт не знает):
для решения «устойчива или нет» важен знак. Расчёт при 0° считается полумоделью,
крена и рыскания у него нет — для сравнения берите пару со скольжением разного
знака. Центр масс задайте полем точки момента — от неё зависит величина
рыскания. Вместо пары расчётов можно поставить
серию по скольжению.
Полётная масса: горизонтальный полёт, сваливание, запас устойчивости
На шаге 3 «Условия» есть необязательный блок «Полётная масса»: масса в граммах,
площадь крыла (дм²) и САХ (мм). Без массы выводов нет — только силы. С массой
продувка сама пересчитывает силы в выводы для этого самолёта — не нужно делать
это руками. Центр тяжести — это точка момента тангажа (маркер и поля X/Z,
см. «Момент относительно центра масс»): второй точки нет.
Площадь и САХ форма подставляет из быстрой оценки того же файла (проекция
несущих поверхностей); если знаете свои — впишите, и тогда вывод скажет, что
числа введены, а не взяты из оценки.
Один расчёт считает один угол атаки, поэтому выводы у него такие:
- «Подъёмная на этом угле — N % веса»: 100 % — на этой скорости и угле
модель летит горизонтально; - на какой скорости этот же угол держит вес (V·√(W/L)) и сопротивление
там — это тяга, которую должен дать винт; - нагрузка на крыло (г/дм²), если есть площадь.
Серия отклонений считает много углов, и по столбцу нейтрали руля находит:
- угол атаки горизонтального полёта на скорости серии (где подъёмная равна
весу) и сопротивление там — требуемую тягу; момент тангажа относительно
центра тяжести там показывает, нужен ли руль высоты для балансировки; - скорость сваливания — по наибольшей подъёмной серии: V·√(W/L_max). Площадь
крыла для неё не нужна. Если подъёмная растёт до последнего угла серии, срыв в
серию не попал, и настоящая скорость сваливания ниже показанной; - нейтральную точку — точку, относительно которой момент тангажа не
меняется с углом атаки, — и запас статической устойчивости в % САХ:
(x нейтральной точки − x центра тяжести)/САХ. Плюс — устойчив, обычно 5–15 %.
Нужны центр тяжести (точка момента) и САХ.
Если вес больше наибольшей подъёмной на скорости серии, страница так и скажет:
на этой скорости модель вес не несёт — скорость ниже сваливания. Выводы серии
по скольжению — на странице «Серии и ИИ-агент».
Точность — ±20–30 % по абсолютной величине. Это числа для сравнения
вариантов модели между собой, а не паспорт самолёта: не учтены винт,
отклонение руля для балансировки и изменение числа Рейнольдса со скоростью.
Выводы есть на странице результата, у агента (MCP — блок flight) и в выгрузке:
у одиночного расчёта — колонки в CSV цифр, у серии — файл «Выводы по
полётной массе (CSV)». Сводка шага 4 перед запуском показывает полётную
массу — то, что уйдёт с формой (масса не задана — выводов не будет).
Поменять полётную массу у готового расчёта или серии. На странице своего
готового расчёта или серии есть блок полётной массы: впишите новую массу (и,
если нужно, площадь крыла и САХ) и нажмите «Пересчитать выводы». Выводы
пересчитываются по уже посчитанным силам — нового расчёта нет, суточный
лимит не тратится, у серии это секунды вместо часов. Пустые поля — полётная
масса убирается, и страница снова без выводов. Центр тяжести — точка момента,
с которой считался расчёт; чтобы поменять её у серии, нужна новая серия. Как
выводы двух расчётов выглядят рядом — в
«Сравнении двух расчётов».