Volo verticale con sola portanza alare
 

Volo verticale con monconi d' ala

Su di un forum ho messo una discussione simile, senza ottenere risposte per me soddisfacenti,
pertanto gradirei sentire un parere dalle persone che frequentano questo forum,
forse più adatto alla mia domanda

Nel mio disegno invece di sfruttare sia l' effetto dell' elica che quello di un' ala,
come per gli elicotteri, sfrutto solamente la portanza alare dei monconi disegnati
https://i.postimg.cc/Twc8KkkP/volo1.png

..da questo sito ho dedotto i valori di CL e di CD messi nel disegno,
dati per una inclinazione dell' asse del profilo alare di circa 7 gradi
https://it.wikipedia.org/wiki/File:Cl_vs_Cd.jpg

pertanto calcolando la superficie totale di tutti i monconi con la formula
S=forza_peso*2/rho/CD/V^2= 800*2/1.225/.75/9.38^2=19.8m^2 [messa ancora forza_peso = Portanza]
che essendo divisa su 6 bracci verrebbe di circa 3.3m^2 per ciascun moncone d' ala

Quindi facendo una prova con valori simili, l' omino, se un atleta, dovrebbe farcela a sollevarsi da terra,
seppur per il breve periodo del maggiore sforzo...

..In questo sito nel filmato mettono una prova fatta in America, ma a me pare che abbiano sbagliato facendo delle
eliche simili all' elicottero e non dei monconi con sola portanza alare..
https://www.galileonet.it/lelicottero-va-a-pedali/

Il calcolo della superficie dei monconi potrebbe anche essere valido, non ho verificato, ma mi sembra che il calcolo più importante dovrebbe essere quello della resistenza totale prodotta dai monconi che moltiplicata per il raggio della loro posizione produce un momento che a sua volta moltiplicato per la velocità angolare determina la potenza necessaria, solo a questo punto potresti confrontare il valore ottenuto con quella sviluppabile da un atleta, questo non volendo considerare attriti vari che producono perdite e quindi richiedono un incremento della potenza necessaria.

P.S.
poi mi spieghi che differenza hanno i tuoi monconi rispetto alle pale di un elicottero.

Tutta la struttura che va dall' omino alle pale non pesa nulla?
Non esistono torsioni sui bracci che variano l'incidenza prevista?
La velocità relativa che investe le pale non è uguale per tutte le pale...
un po' semplicistico questo progetto....

Allora su di un punto mi pare che siamo essenzialmente d' accordo, che
riassumo:

Se ho un' ala libera in aria con un Cl/CD=15, che la portanza sia di 800N
e dunque con resistenza all' avanzamento: resistenza=800*(CL/CD) = 800/15 = 53.3N

se ad es. pedalando voglio vincere quella resistenza avendo a disposizione la potenza di 500W
la massima velocità che potrò imprimere all' ala sarà ricavabile dalla formula
[Potenza=Forza*velocità] ossia Velocità=Potenza/forza_resistente= 500/53.3= 9.38m/s

Per ora il calcolo solo teorico mi basta che sia, nemmeno esattissimo,
ma sufficientemente indicativo delle grandezze in gioco

E fin qui penso siamo abbastanza, concordi..

Comincio poi a mettere che un ' ala non spinge aria verso il basso come fa l' elica,
accelerando dunque una buona quantità di massa d' aria per poter sorreggere un peso,
secondo le formule F*t=m*V per la spinta ed E=1/2*m*V^2 per l' energia...

..e subito mi viene in mente di chiedermi il rendimento dell' elica rispetto a quello dell' ala..

Questa non l'ho tanto capita, quindi un'elica non sarebbe altro che un ventilatore?
Cos'hanno di così diverso un'ala, un'elica ed un rotore di elicottero per te?

Da cosa è determinata la portanza dell'ala ? Al di là di tante chiacchere e sofismi che si sono fatti in questa sezione, il discorso è estremamente semplice: l'ala devia l'aria verso il basso e questo genera una reazione uguale e contraria. Che fanno le pale di un elicottero ? La stessa cosa. Ci sono è vero differenze importanti create dal fatto che un'ala lavora in un flusso di velocità costante su tutta l'apertura e che il flusso è normalmente perpendicolare alla corda, tant'è vero che la teoria di funzionamento dell'elica è del tutto differente da quella dell'ala, ma alla fine il principio è lo stesso.
Tanto per essere un po' più precisi allego un grafico Cl/Cd ( Lift-Drag ) ricavato da Profili 2 di Duranti, come puoi vedere il rapporto è molto più elevato di quello da te indicato, ma non ha un valore costante, variando in funzione del Numero di Reynolds.
Detto questo, perchè togliere la parte centrale della pala dovrebbe modificare il comportamento della estremità facendola diventare un'ala ?

https://i.postimg.cc/3J4cNztC/nuovo-1.jpg

[Voglio per adesso arrivare a due formule per le quali spinta e potenza le possa riscrivere in funzione della
velocità di un flusso d' aria in una sezione omogenea dello stesso..
vado avanti in questo modo prima di rispondere alle vostre domande per non mettere per ora "troppa carne al fuoco"
o come si dice]

Prima di tutto mi soffermerei sul fatto che l' elica ricava principalmente la spinta accelerando l' aria
con una forza F=m*a

per cui sostituendo con la formula della quantità di moto F*t=m*V
F=m*V/t
mettendo la portata d' aria Q=m/t (Kg/s) ne segue: F=Q*V



Ma data una sezione di flusso d' aria uniforme, che qui approssimo ad un fluido incomprimibile,
la portata la si ricava pure: Q = Sez.*densità*V (Kg/s)

che per non mettere troppi numeri nelle formule, chiamo, Sd=Sez.*densità = Sez*1.225,

scrivendo: Q=Sd*V
e la precedente F=Q*V in: F=Sd*V^2


Invece per l' energia consumata per accelerare alla velocità V, quel flusso d' aria, servirebbe:
E= 1/2*m*V^2 che sostituendo ad m =Q*t=Sd*V*t viene: E=1/2*Sd*V*t*V^2
o anche: E/t=1/2*Sd*V^3

ma E/t altro non è che la potenza per cui P=1/2*Sd*V^3

E adesso dal sistema F=Sd*V^2 , P=1/2*Sd*V^3 con i dati del problema vado a ricavare
sezione del flusso d' aria e velocità dello stesso

800=Sez*1.225*V^2 , 500=1/2*Sez.*1.225*V^3

Ricavando: Sez.=417.9 m^2 ....V=1.25 m/s

Questo papocchio per un calcolo "fai da te" di massima per le dimensioni del flusso dell' elica vi torna?

Potrebbe anche andare bene, ma manca del tutto il calcolo della quantità di energia consumata per resistenza aerodinamica. In più ad una occhiata veloce non vedo come si possano ricavare due incognite interdipendenti da una sola equazione, a meno che tu intenda imporre un valore fisso ad uno dei due.

..ma no le equazioni sono due F=Sd*V^2 , P=1/2*Sd*V^3 le ho separate con una virgola come faresti in un risolutore di sistemi online..
La prima equazione deriva da quella sulla quantità di moto, l' altra da quella sull' energia, non sono interdipendenti, un sistema simile l' avrai risolto nei problemi degli urti elastici.
Quello che vedi subito, è che l' elica calcolata, nelle dimensioni trovate per l' ala, ci procurerebbe solo inutili perdite!
Poi vi rispondo sull' ala secondo me..

..per gli altri problemi di attriti vari non fanno parte per ora di questa trattazione..
Riprendo dopo..

Ci sarà bene un dato di partenza.

Ho visto che è quell' 800 N del primo messaggio, non ricordavo.

La teoria delle eliche e delle ali in realtà sono state trattate ampiamente da svariati decenni per non dire un secolo.

Si possono trovare in qualsiasi testo d'aerodinamica e meccanica del volo.
Consiglierei i libri per istituti tecnici aeronautici che, "sopravvolando" un po' sulle trattazioni teoriche di fine matematica infinitesimale che sono a monte, si concentrano maggiormente sulle formule finali utili per il calcolo e che può maneggiare senza impegno esagerato chiunque abbia un diploma di maturità.

Quelle formulette e quei testi sarebbero già sufficienti per farsi un'idea di cosa comporti il problema di calcolo di un'ala (sia che trasli in modo classico che ruoti attaccata ad un mozzo) e di un'elica.

Non è in prima approssimazione vero che ala ed elica vengano trattate in modo diverso.
Anzi, nella teoria "completa" dell'elica, questa viene proprio trattata come se fosse un'ala d'allungamento finito.
Le formule per il calcolo di un'ala di allungamento finito esistono già e sono appunto ampiamente trattate da un secolo.
Il problema principale di un'elica è solo il fatto che la distribuzione di portanza sulla pala è tutt'altro che ellittica o in prima approssimazione tale.
Ciò impedirebbe d'usare le correzioni per allungamento finito normalmente usate per un'ala normale.
In realtà, pure utilizzando queste correzioni formalmente "sbagliate", l'errore che si commette sia in prima che seconda analisi è comunque più che accettabile e i calcoli sono quindi più che possibili e affrontabili.

Ripeto basta mettersi un attimo lì a leggere e fare qualche calcolo in croce (magari anche aiutati da Excel) per rendersi contro dell'ordine di grandezza del problema e capire se è effettivamente realizzabile nella realtà oppure no.

Detto anche ciò, se la cosa fosse così fattibile, forse più di uno avrebbe già tentato.

Mi pare che in rete ci siano i filmati di volo indoor a pedali.


Umberto

Aggiungerei che:
- Monconi cosi' corti hanno un rendimento molto piu' basso rispetto alle polari 2D, calcolate sulla base di un'ala a lunghezza infinita
- Ti manca il rotore anticoppia, altrimenti appena (se) il tutto si alza da terra, inizia a ruotare e si poggia di nuovo a terra

E se andiamo ad analizzare il dispendio di energia, l'anticoppia andrebbe tenuto bene in considerazione.

Se avete letto del concorso nel primo post che ho messo, con questo video
https://www.youtube.com/watch?v=q70t...embedded#at=65
..si potrebbe lanciare qui una sfida.. che ne so ..per chi ad esempio vincolando un motore da 500W ad un peso posto su di una bilancia, che il peso
+ il motore + le ali + tutto il resto, spostino l' ago su 800N,
e a quel punto alimentare gradualmente il motore, ma da molto distante!
e semmai l' ago, ma letto col cannocchiale, tornasse a zero, invece dei 200.000 dollari e passa, credo messi in premio a quel concorso,
qui vi accontenterete di un "Adesso si che ti puoi considerare al pari d' una gallina!"

...il concorso mi sa che nn si trova...magari nn lo vedo io...
..cosa si intende per monconi d'ala...?...:mumble:
...gli elicotteri nn hanno eliche...si chiamano rotori...

anche i miei se probabilmente non hai letto nulla di quanto ho postato finora

Perdonami ma non c'ho capito niente... :unsure:

..considera pure come cancellato quel post, tanto avrai ben capito che non è per nulla
importante ai fini del titolo in discussione ..che non vorrei oltre fuorviare

in effetti è talmente strampalata che non è bene confonderla oltre

"Questa non l'ho tanto capita, quindi un'elica non sarebbe altro che un ventilatore?
Cos'hanno di così diverso un'ala, un'elica ed un rotore di elicottero per te?"

"E se andiamo ad analizzare il dispendio di energia, l'anticoppia andrebbe tenuto bene in considerazione."

"Perdonami ma non c'ho capito niente..."


Ecco queste sono state tutte le tue risposte e non domande fuorvianti, anzi come vedi tutte molto tecniche,
e ricche di formule pertinenti al titolo e al susseguirsi della discussione,
si legge subite che sei un fisico da fare soltanto il professore
..a questo punto se non t' interessa questa discussione i cui difetti saprai a memoria
..come devi fare l' hai risposto tu!!

"in effetti è talmente strampalata che non è bene confonderla oltre"
..grazie!

Mi sa che hai dei problemi relazionali
proponi un'idea che non ha nè capo nè coda e te la prendi con chi te lo fa notare...

Cosa ci sarebbe da commentare con uno che crede che un elica spinga indietro l'aria, e che presuppone un rotore da elicottero a pedali fatto a monconi, senza nemmeno anticoppia?

Ma del resto anche altri non mi pare ti abbiano dato tutto sto credito... Facci sapere gli sviluppi.
Saluti

Come volano gli aerei? ==>Semplice, capiamolo insieme! <==

..quello nel disegno è il principio della portanza.. e come vedi l' ala non accelera l' aria nella direzioneb opposta al moto moto..

quest' altro è il principio di un' elica, chiamiamola più pura, quella marina e come vedi l'elica sposta il fluido in direzione opposta al moto

MyFiles\ELICAF

Quello che fa un rotore di elicottero o l' elica di un aereo, a motore acceso a terra, sono un po le due cose messe insieme,
e lo si sente benissimo trovandosi nelle vicinanze.

Quello che sostengo io
e che per sollevare un uomo con la sola forza dei pedali bisogna sfruttare la sola portanza alare perché
qualunque quantità d' aria spinta verso terra produrrebbe più energia persa che spinta.. come ho ricavato dalle formule

Quelli del concorso che hanno messo quei rotori hanno commesso questo errore secondo me, perché l' angolo di attacco variabile,
necessario ai rotori come tali, somma portanza e avvitamento nell' aria, che dovendo la macchina funzionare con velocità di traslazione quasi nulla, spinge aria verso il basso perdendo inutilmente quell' energia

..ci siamo capiti?

Fin'ora ho seguito in disparte ma da subito mi sono domandato... perché?
Perché investire energie e soldi in una strada che non solo é conosciuta da tempo ma che non ha nessuno sviluppo. Ammesso che tu riesca ad alzarti pedalando a 4 mt di altezza a cosa ti serve? Se ti prende un crampo vieni giú come una pera cotta...
Dal momento che la fai girare intorno ad un asse o che la chiami ala o elica sono la stessa cosa ed hanno lo stesso effetto. Se i tuoi calcoli dicono che un'ala é piú efficiente é dovuto solo al fatto che questa ha una superficie maggiore quindi sposta piú aria. Ma basta progettare un'elica ottimizzandone superficie e profilo per riuscire a fare la stessa cosa. Nel primo video che hai postato usano ali a pianta rettangolare che non funzionano infatti si flettono da paura proprio perché la velocitá periferica é di molto superiore a quella all'attacco. In un'altro video piú recente hanno raggiunto 3 mt di altezza modificando le ali/eliche rastremandole... Ci voleva un ingegnere per capirlo?
Capisco che la cosa ti possa affascinare ma secondo me (che sono l'ultimo di tutti) non ha sviluppo.

Claudio

No

Ma difatti l'errore è mio, mi siedo coi popcorn insieme agli altri ed osservo gli sviluppi.

...no no io ho concluso! cioè secondo me sfruttando la sola portanza alare
con una superficie d' ala di minimo teorico: S>=[2*peso^3 * Cres.^2]/[1.225 * Potenza^2 * Cport.^3]
un uomo pedalando potrebbe sollevarsi assai lentamente da terra..

..Comunque l' ala ruotante spingesse anche aria verso terra perderebbe di rendimento
..la formuletta magica secondo me è quella ricavata per l' ala e non quella ricavata per l' elica.. da li a farci un progetto pratico ce ne corre..

Se come ha postato Clabe sono riusciti a sollevarsi di 3 metri hanno fatto molto e non poco. Sollevare un uomo con potenze tanto minime non mi pare proprio una cosa da poco!

Sicuramente no, non é cosa da poco, ma a pedali dove vuoi andare? Per ottenere quel risultato hanno dovuto assemblare una struttura enorme che nella realtá é inutilizzabile e poi per fare cosa? É stato necessario utilizzare un'atleta da paura che con braccia e gambe riesce a dare tutta quell'energia solo per pochi secondi.
Anche Archimede quando teorizzo il funzionamento delle leve disse: "Datemi un punto di appoggio e vi solleveró il mondo"
Tutti sappiamo che pur essendo irrealizzabile in teoria é possibile...
Claudio
P.S. se un'ala ruota intorno ad un fulcro si chiama "ala ruotante" e le forze che agiscono su di essa seguono la teoria applicata alla eliche che sono "ali ruotanti".

Non c'e' portanza senza aria spinta verso il basso, fattene una ragione.
Analisi della portanza tramite le differenze di pressioni locali o tramite il calcolo del flusso d'aria spinto verso il basso, sono approcci diversi al medesimo fenomeno fisico.
Cerchiamo di non tornare all'elicottero di Leonardo che "fatto a vite sarà bene fatto, cioè di tela lina, e voltato conprestezza, che dette vite si fa femmina nell'aria e monterà in alto"

..e con le formulette fattici un drone giocattolo più piccolo ..così le provi ..
se no stai continuando a far solo discorsi