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要了解手擲機的性能如何分析,首先,從觀察手擲機的飛行行為開始,然後 分析出掌握飛行性能的指標,最後才能從氣動力外型,動力學行為等提出設計的 理念和方向。<-----這段是重點,千萬不要當做廢話....(呵呵..) 從手擲機的飛行軌跡來看,可以分成數個階段: 1.接近圓弧的爬升 2.魚鉤彎(或是叫垂直蛋....反正就是頂點的曲率較大)的軌跡進入投擲的最高點 3.翻轉180度正面向上,進入盤旋軌跡 4.穩定的下滑角度和速度,直到飄到地面 這是最佳的手擲機的飛行狀態,但是當然不是所有手擲機都能這麼乖巧,以下是幾 個常見的問題: 1.爬升不到最高點就在高仰角狀態失速,之後進入波浪狀的軌跡。 2.超過最高點後不翻轉,繼續繞圓圈,最後可能繞個數圈,或是接著進入波浪狀 軌跡,也可能直接撞到地面,運氣好可以在幾圈或幾個波浪後穩定下來。 3.雖然在最高點翻滾,但是下降的軌跡是波浪狀,有時看不到波浪狀,直接俯衝 地面。 4.雖然可以穩定的下滑,但是無法翻轉,以致於只能用傾斜一個角度的方式投高。 你的飛機是不是屬於裡面的清況呢? 以上除了4.外,都是投擲的人的技巧問題(投擲的技巧後述),所以不要先錯怪了 你的飛機,然後亂改一堆參數,修改也是必須有系統的來進行的... ------ 至於投出去就翻滾,或是更誇張的進入螺旋,還是一出手就撞地,請檢查穩定面的 大小,剛性,主要氣動力面的扭曲情況,重心位置,等等..... 基本上手擲機要在三個軸向都穩定,所以不穩定就別玩了,翻翻書先吧... 比較可能的疏忽是連接尾翼的機身剛性不夠,別忘了氣彈性問題也會影響穩定性, 所以結構也是不能太軟弱,會丟到進入螺旋通常不是垂直尾太小,而是機尾剛性不 足削弱了穩定性的結果。 確定了機體的穩定和剛性都能承受你的手勁後,以下的分析才有意義。 ---------- 首先我們從最討厭的波浪狀飛行著手: "一架能穩定下滑的飛機,必須滿足速度穩定的狀態,且速度約等於失速速度。" 飛行穩定就是要力平衝,也就是滿足飛機沒有淨加速度的情況,從升力的公式 可以看出升力和速度平方呈正比,所以要使升力能平衡重力,速度就必須恆定。 如果有人說,升力和攻角、翼剖面也有關,這是沒錯的,事實上這就是我們凡 是飛機都要求要先天穩定性的目的,也就是說,穩定性使得攻角在一般情況下 是恆定的。 速度等於失速速度的原因是因為此時升力等於重力。(所以才平衡) 回到問題本身,要如何使速度固定? 基本上這個問題可以用能量來看,速度固定等於動能不變,所以阻力消耗的功率 等於位能減少的量,飛機每前進一段距離,高度必須相對應的比例下降,換句話說 就是下降的角度必須正確。 如果高度下降的比理想值快,速度就會提高,使得升力增加,此時力平衡就會破壞, 使得飛機以向上的曲度轉彎,當轉到正確值時,速度並沒有滿足而繼續爬升,爬升到 正確的速度時,角度又不對了,就是你看到的振盪。 同樣的情況發生於速度或角度任一個不滿足的狀態。 雖然就控制學的觀點來說,這是屬於負回饋的系統,我們可以期待它短時間內不要發 散(很遺憾的,這是非線性的,我不會解,不知是否會收歛,只知道以橡皮筋飛機的類 似情況下,失速速度很低時會收歛),不過若是任一個變量相差太多,振幅會很大,有 時後就撞進地面了。 要讓振幅小一點,可以讓失速速度降低來著手。(但是投擲的最大高度會下降) 說了一串... 重點就是,波浪狀飛行才是常態,穩定的下滑是一個難得的臨界狀態,並不是重心 、尾翼或是任何奇怪的理由,而是速度和角度任何一個不滿足的情況。 我們能做的改進: 當手擲機在最高點翻轉後,就必須以失速速度進入滑翔角,提早翻滾會降低進入的角度 而較晚翻滾會以較大的滑翔角進入,可以利用這樣來調整。 要較早翻滾必須在比較徒的角度降到翻滾的速度(是的,翻滾也要特別的速度和角度的 條件,只是沒有那麼嚴格),可以在出手時提高角度來達成(但是速度也要相應的調整) 。 不想太麻煩的用想的話(重點),就試試各種角度出手,每個角度都調整速度到可以翻滾 ,總會有一個角度是對的(爆死~^^~) ---------- 再回到問題1.2.4.點 1.就是出手速度太低 2.是出手速度太高 4.是下面要講的 如何讓手擲機有最高點翻滾的特性出現: 除了投擲技巧外, 手擲機翻滾特性出現的分解動作: 1.垂直蛋效應,在最高點時,重力提高了向心加速度 2.爬升造成速度降低,低速使得水平尾翼力矩降低。 3.低速加上大的向心加速度,使得質心的軌跡角速度忽然變的很大。 4.水平尾翼試著產生力矩轉動飛機使其接近平行質心軌跡,短時間產生未跟上的 情況。 5.4.的情況造成短時間內滾轉軸和風向軸呈負的角度,對飛機的上反角產生滾轉 不穩定,飛機試圖翻正變成穩定。 6.若負角度的暫態過後,飛機未翻正,則此飛機就回復至滾轉穩定態。 上面6.的情況就是為何有些飛機無法翻滾的原因。 要改進這現像,就必須: 1.提高暫態的時間 2.減少滾轉的反應時間 提高1.的方法由: "1.減小飛機的回復力矩(降低縱向穩定性) 2.提高俯仰慣量 " 改進2.的方法則是: "1.限制展弦比 2.使用尾翼負荷一部分升力" 使用升力尾翼還可以使質量向兩邊集中,提高俯仰慣量。 這些手法都會降低升阻比,但是一般的手擲機都這樣設計,其中的理由是展弦比對 升阻比只有開方的效率,但是用迴轉爬升的方式,損耗的爬升高度更大。 ---- 以下說明手擲機最佳化的方式: 手擲機最佳化首要滿足的條件就是最高點翻滾的特性,其它的特性都是建構於其上。 妥協過的展弦比似乎在5~6之間,隋著機翼的質量有所變動,但仍受限於滾轉阻尼。 展弦比被限制,能改進的性能,剩下最大擲高,失速速度,和升阻比。 以滯空為目標的手擲機,性能可以以上的參數表示: 最大擲高*升阻比/失速速度<----這個請自行畫圖了解 升阻比是可以被單獨最佳化(只要你的手擲機做的一向過輕的話,這是滿足的,相當容易) 展弦比限制下,使用翼剖面,打磨,並且調整飛機飛行的平衡攻角為最佳值,(不知道攻 角如何對升阻比最佳化的人要再翻書:p)。 比較麻煩的是最大擲高和失速速度是相互衝突的,而掌控這個變動的變量就是 翼面負荷/升力係數 基本上這個值高的,擲高會提高,失速速度會提高,不過高度增的比較快,所以重翼荷 在無風下有利,不過要超過30秒的手擲機,不靠上升氣流是沒辨法的,所以如果有穩定上 升氣流處,那麼就要讓下滑率(失速速度/升阻比)低於氣流的上升率才有臨界的效果, 這部分就相當運氣了。 -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc) ◆ From: 140.112.244.159