jueves, 14 de julio de 2011

EL ALA DEL WAKE Y DESCRIPCIÓN COMPLETA.

Primeras aproximaciones de las dimensiones y de la elección de perfiles.

Nuestros BE9744 y 9745 son del máximo interés por su bajo arrastre a pequeños ángulos. A cambio no les gustan los Reynolds de menos de 50.000. Entonces se tiene que tener cuidado con lo que se hace con ellos. Hemos de reflexionar y calcularlo fijandonos una envergadura de 1,30 m y una superficie de 16 dm2.
Estimando el Cz general del ala de 1,00 puesto que el alargamiento es del orden de 10, no hace falta esperar mas a la velocidad mínima, a lo mejor menos y si el caso se da van los Re subiendo, ¡Mal menor! Si la sección puede dar mas, eso sera de poco uso con el alargamiento limitado. Llego a una velocidad de planeado de 5 m/s, lo que me parece de lo mas realista. La verdad es que a esta velocidad y con el dicho Cz la fuerza de sustentación es de 244 g. Con 230 g si se puede lograr desde el primero ejemplar (?), la velocidad no va a diferir, apenas.
Entonces el perfil central de 160 mm de profundidad estaría en 56.000 Re, el siguiente de 140 mm estaría en 49.000 Re. Eso nos vale para la parte fija, aunque estaríamos mas cómodos con una cuerda de 150 mm (52.500 Re).
Bien, la parte batiente tiene como ayuda la velocidad extra que le vale su movimiento. No obstante quiero hacer una maquina que sube, para el motor y planea. Un "flop" no sería una base de comparación honesta con los Wakefields de hélice. Se requiere además de una maquina que pueda escapar de las turbulencias próximas al suelo, subiendo francamente al principio del tiempo motor.
En eso no hay desperdicio. Hemos visto que para construir ligero, sea un planeador, un avión de transporte o un wake tenemos mucho interés en reducir el momento a la raíz. Eso nos conduce a dibujar alas mas afiladas que lo que llamamos ala de repartición de sustentación elíptica. Esto tiene menos consecuencia para un wake de peso fijado. Aunque la agilidad dada por un ala ligera da ventajas en las recuperaciones, entonces mejor planeado.
Por otra parte el momento a la raíz esta directamente ligado al esfuerzo necesario para el batido. Un batido algo mas rápido nos va bien, para mas regularidad de vuelo, menos heaving entre otras cosas.
Pero si respetamos esta regla vamos a tener extremidades con un numero de Reynolds muy débil. ¿Hay secciones para volar a 20.000 Re? Si las hay con L/D del orden de 20 desprendimiento salvaje a los grandes ángulos y también a los ángulos negativos. El intradós se vuelve entonces fuente de arrastre por debajo de Cz 0,8 o a lo mejor 0,7, los Cz que no van alcanzar las extremidades en planeado ni en la fase de recuperación (subida de las alas).
¿A que Re están la extremidades de nuestra máquina con una velocidad de planeado de 5 m/s? Si miden 60 mm : 20.000 Re – 70 mm : 24.000 – 80 mm : 28.000 – 90 mm : 32.000. Por lo menos están muy por debajo de los 50.000 que no tenemos que rebajar.
Hay una solución que consiste a llegar a la repartición de sustentación por torsión o por torsión aerodinámica, la diferencia es que en la segunda hay evolución de la sección con o sin torsión geométrica. Entonces la cuerda puede quedarse en los 90 mm. Pero todavía estamos en una zona que no asume el BE9745 ni el BE9744.
Da la casualidad que estas secciones aguantan muy bien una intervención (ademas existen BE mas delgados). Si las reduces a 6% y bajas la curvatura a 3% tienes un perfil de poca sustentación (Cz 1) pero que queda con una baja resistencia a pequeños ángulos (hasta -2º cuando apenas produce sustentación) y puesto que no tenemos necesidad de mucha sustentación esto nos vale. Algo puede molestar : el desprendimiento puede ser brutal en el borde marginal y encontraríamos el defecto de las alas elípticas : poca estabilidad lateral. Habrá que buscar soluciones : turbulencia (probablemente necesaria), flecha del borde de ataque, marginal elíptico o de flecha acentuada, perfil de nariz respingona como el BE5055VN1. ¿Se podría aplicar al BE9745 disminuido? ¡A probar! Y queda una que se usa poco en modelismo : la rendija que va soplando aire en el extradós, tal el álula de las aves. ¿Fija o automática? ¡That is the question! En todo caso si se confía algo en la “simulación” no hay muchas razones de dudar de la perdida benigna de este perfil, sea en versión original o sea en versión delgada. Los intermedios parecen buenos también.
Me fío de X-Foil para decir eso. Ni X-Foil ni JavaFoil están en el dominio definido por sus creadores cuando se les pide analizar los 30.000 Reynolds. Otro detalle : el ángulo de L/D máximum se queda bastante constante en estas pruebas, la torsión óptima no tendría que ser de calculo complicado. El ángulo de principio de la perdida baja de 10º a 8º cuando el perfil adelgaza hasta 6%. Una torsión de 2º podría beneficiar a la estabilidad lateral, al menos que encontremos otra solución.
¿Y que pasa si como a los diseñadores del SmartBird no da las ganas de incluir un pequeño servo en los interiores del ultimo panel? Pues no se, en unos análisis los BE tal como estan definidos enseñan que esta posible, en otros el arrastre se vuelve enorme debajo de 40.000 Re, todo quedando igual por supuesto. ¡Parece que la aerodinámica tiene un cierto grado de incertidumbre! No vamos a entrar en esta zona critica y pondremos el servo al intradós, cubierto con una tapa perfilada.

Planos
De lo de antes deduzco unos planos.
La parte central contiene el mecanismo. Hace parte del pilón o torreta. Tiene una profundidad de 160 mm y al ancho tiene 100 mm.
El resto de la parte fija mide 150 mm de media-envergadura y la profundidad baja de 160 mm hasta 150 mm. A la raíz necesitamos todo el grosor del BE 9744. Al acercarse de la parte batiente el perfil puede perder algo de grosor puesto que los cables o tirantes ya se pueden reagrupar y que no hay mas clave que injertar.
La primera parte del ala batiente mide 150 mm de envergadura y las cuerdas pasan de 150 mm a 135 mm. La ultima parte mide 300 mm de envergadura. Su profundidad va de 135 mm hacía 90 mm a los 200 mm de la raíz y luego pierde superficie con un BA en flecha de 30º. A la raíz de este trozo el perfil es el BE pero habiendo perdido ya un poco de grosor (8%). Cuando llega a tener 90 mm ya no tiene mas de 6% y su curvatura es de 3%. Aquí puede empezar a tener un pico bajos Re (pico respingón) y seguir perdiendo grosor. Esta parte podría ser también de BA sin flecha, en particular si la primera construcción fuera algo pesada, la superficie extra estando bienvenida. Todo el resto del ala esta sin flecha de BA.
La construcción de la parte central es de estructura. Luego hace falta tener una construcción destinada a la torsión. De todo modo la piel estará moldeada. Puede que su realización sea de resina y tejido, mas bien de seda. Otra elección seria una realización de una fina hoja de policarbonato moldeada con calor. Esta piel descansa sobre una estructura de costillas y largueros. Las costillas, poco numerosas, no están pegadas a los largueros. El mini servo de torsión esta puesto a la raíz de esta parte distal y trasmite sus ordenes por el larguero a la ultima costilla que le esta solidarizada. Algo tendra que hacer que la piel de intradós se quede aplicada a las costillas en particular en el borde de fuga. Pueden ser pinzas, o una cinta de espuma adhesiva a proximidad del borde de fuga, pueden ser muy pequeños anillos elásticos entre extradós e intradós.

El pilón.
Esta parte toma una grande importancia : no solo esta destinada a alejar el ala del fuselaje, ademas contiene todo el mecanismo que anima las alas. Sus dimensiones están determinadas por el tambor vertical que toma lugar delante de las alas. Esta cónico para regular la potencia y la bobina misma es elíptica, casi llana. Así el par esta en sus máximos cuando el batido cambia de dirección, lo que supone una manifestación de inercia en aumento. Por otra parte el par esta regulado por la bobina cónica y se queda mas o menos constante del principio al fin del tiempo motor. Hará falta mas constancia si la torsión es mecánica … y se aprovechara la oportunidad de una subida mas franca si el mando electronico de la torsión permite una intervención según la velocidad del ingenio. Entonces una temporización o un anemómetro mandara una reducción del “avance”, correspondiendo con una subida franca, por lo menos al principio.
Esta bobina esta sujetada entre dos rodamientos incluidos en dos piezas horizontales. Están sujetadas al fuselaje por dos piezas verticales. La bobina esta terminada por un pequeño cigüeñal doble. Cada biela ataca uno de los dos sectores que le corresponde, el otro siendo entrenado por un cruce de cables que salva resistencia relativamente a un engrenaje. Los sectores de batido principal y los de desfase están superpuestos en el pylón. En su borde exterior vienen engancharse los mandos de batido.
La bobina en adelante del ala podría dejar su lugar a un pequeño motor eléctrico, aunque esto no sea mi orientación. En mi proyecto (la bobina) recibe un pequeño cable de Kevlar protegido por una vaina. Esta cuerdita tiene que tener alrededor dos metros si el motor tiene 300 mm al descanso. Hace falta contar con una extensión de mas de 6 veces si la goma esta buena.
Bocetos van a explicar eso mejor que palabras, pero espero a que el escanner funccione.

El fuselaje.
Es un mero tubo de aluminio o de fibra de carbono. Esta un poco mas gordo que el fuselaje de un wake, puesto que tiene que contener idas y vueltas del motor. Este motor primero sale adelante y cambia de dirección sobre una pequeña polea. Luego hace dos cambios mas de dirección para salir rumbo al pylón. Entre ejes de las poleas hay 600 mm. Al principio hará falta hacer pruebas de baja potencia. La goma clásica de los modelistas conviene bien para hacer primero un motor de 6 vueltas, luego de 8 etc. Mas adelante buscaremos otra solución tal como goma redonda, por ejemplo goma de caza submarina. Las variaciones del centro de gravedad se tendrán que dominar, quizá con plomos en el cable o por un dispositivo mas sofisticado.

Cola.
El fuselaje se termina por un cono que sigue un tubo de menor diámetro. La cola se puede concebir de manera clásica, palanca grande y planos pequeños. Vería bien pruebas de planos de poco alargamiento, Delta por ejemplo, aprovechando las características de aguante a la perdida de estas formas. Sería una prueba interesante por sus consecuencias en la concepción de la cola de una maquina despegando desde la montaña, los pies del piloto siendo el tren de aterrizaje (entonces el estabilizador se vuelve una molestia). ¡Todo esta en todo y reciprocamente!

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