Portanza di un'ala in acqua: America Cup AC75

[fabiovitti]

Credo che non sarà solo un banale problema di portanza.
Bisognerà considerare anche i vari punti di applicazione delle forze in gioco per calcolare il baricentro in assetto di volo.
Ma soprattutto esiste un controllo che mantenga fissa la quota di volo?
Su un hydrofoil e fondamentale che ci sia, bastano pochi cm per uscire col foil dall'acqua o per far toccare l'acqua allo scafo.
Questo controllo è impensabile da fare manualmente a distanza su uno scafo rc dove non hai nemmeno un feedback diretto sull'assetto.
Ad es i surfisti con hydrofoil sentono l'equilibrio sotto i piedi e compensano continuamente l'assetto del foil.
Il WASZP ha un controllo meccanico di tale assetto che si chiama wand system.
Buone riflessioni.

[marcofa]

Rispondo a Ehstikazi
Quindi vorrebbe dire che grossomodo solo la portanza di un foil sostiene il peso di 10 Kg della barca (con quale angolo di attacco?) a 6 Knot.
Ritengo che questo valga senza intervento degli alettoni.
Allora c'è troppa portanza, sarebbe meglio averne un pò meno per poi aumentarla o diminuirla con gli alettoni per aumentarla in fase di decollo e diminuirla quando la velocità aumenta ed aumenta la portanza.
Cosa mi consigli di fare? Cosa ne dici del mio profilo?
Rispondo a Fabiovitti
Il baricentro sarà grossomodo in corrispondenza dei foil.
Per controllare la quota di volo ho sviluppato un codice Arduino che gestisce , assieme al radiocomando, gli alettoni (quando in automatico) tramite un sonar.
Il controllo del beccheggio è affidato ad un Flight Controller che gestisce il timone di profondità (come la coda di un aereo) per mantenere sempre l'assetto orizzontale.
Questo per il momento: in seguito vi sarà un controllo automatico o per il timone direzionale o per le velature a seconda che si voglia mantenere la rotta o viaggiare alla massima velocità ( anche questo tramite il Flight Controller)

[marcofa]

Togliendo il bulbo diam 40 resta una lunghezza di 300
La portanza dovrebbe diminuire del 12%

[Ehstìkatzi]

Originalmente inviato da marcofa

Togliendo il bulbo diam 40 resta una lunghezza di 300
La portanza dovrebbe diminuire del 12%

Non è detto, il bulbo contribuisce alla portanza e anche, come ovvio alla resistenza. Il profilo dovrebbe andare, ma se dici che hai troppa portanza, l'ho calcolata col Cp a 6 gradi, direi piuttosto di ridurre lo spessore, nei limiti concessi dalla resistenza all'incastro che è comunque sicuramente abbondante dato che il Momento flettente è modesto, oppure, mantenendo lo stesso profilo che presenta una elevata incidenza di stallo, ridurre l'incidenza di partenza.

[marcofa]

Cosa succederebbe riducendo l'angolo di attacco a 2° o 3° e aumentando la superficie dell'alettone portando il totale da 70 a 85 mm con una velocità di 4 Knot?
Ovviamente più è bassa la velocità di decollo e meglio è.
Secondo me il bulbo, non avendo angolo di incidenza dovrebbe avere solo resistenza: è sbagliato?
Secondo te di quanto varia la portanza inclinando l'alettone di +-10° ?
Scusami se ti faccio fare un sacco di calcoli, ma sto cercando di ottimizzare; non vorrei che aumentando molto la velocità fuori acqua (speriamo) la portanza diventasse esagerata e difficile da contrastare con gli alettoni che aumenterebbero anche la resistenza. Si sono viste barche decollare letteralmente.
Cosa significa alta incidenza di stallo?
Comunque sono molto contento perchè dai tuoi calcoli sembrerebbe funzionare nonostante i 10 Kg di peso.
Eternamente riconoscente.
Marco

[marcofa]

Necessita forse un chiarimento.
La barca parte in dislocante con i due foil immersi.
Aumentando la velocità la barca inizia ad emergere.
Quando si raggiunge la velocità atta a sostenere la barca con un solo foil, il foil sopravento viene alzato e la barca continua ad accelerare fuori dall'acqua sostenuta da un solo foil.
Questa è la fase più critica di tutta la navigazione.
Ugualmente fenomeno simile si ha nelle virate quando in sequenza viene immerso anche il foil sopravento, si effettua la virata e si alza il foil ora sopravento.
Quando si immerge o si emerge un foil vi è un brusco cambiamento di portanza che deve essere controllato e corretto pena l'ammaraggio o il decollo della barca.
Nelle strambate invece si vira semplicemente senza muovere i foil perchè quello sopravento rimane sopravento.
Marco

[Ehstìkatzi]

Originalmente inviato da marcofa

Cosa succederebbe riducendo l'angolo di attacco a 2° o 3° e aumentando la superficie dell'alettone portando il totale da 70 a 85 mm con una velocità di 4 Knot?
Ovviamente più è bassa la velocità di decollo e meglio è.
Secondo me il bulbo, non avendo angolo di incidenza dovrebbe avere solo resistenza: è sbagliato?
Secondo te di quanto varia la portanza inclinando l'alettone di +-10° ?
Scusami se ti faccio fare un sacco di calcoli, ma sto cercando di ottimizzare; non vorrei che aumentando molto la velocità fuori acqua (speriamo) la portanza diventasse esagerata e difficile da contrastare con gli alettoni che aumenterebbero anche la resistenza. Si sono viste barche decollare letteralmente.
Cosa significa alta incidenza di stallo?
Comunque sono molto contento perchè dai tuoi calcoli sembrerebbe funzionare nonostante i 10 Kg di peso.
Eternamente riconoscente.
Marco

Modificando i dati come hai detto la portanza si riduce a circa 40 N, il fattore più importante è la velocità che entra nella formula al quadrato.
Il bulbo difficilmente navigherà sempre a zero gradi quindi influirà in un modo o nell'altro.
come vedi dal grafico allegato il Cp varia da 0,4 a 1,4 per una variazione da 0 gradi a 10 gradi, per arrivare a Cp=0 , cosa inutile, l'incidenza diventa negativa -4 gradi.
Stallo significa brusca caduta del Cp al raggiungimento di un determinato angolo di incidenza il cui valore dipende dal profilo. Per il profilo scelto lo stallo non è ancora raggiunto a 10 gradi come si vede dalla curva ( praticamente una retta ) nel diagramma Cp/alfa.

[giocavik]

Boh, ci possono essere soluzioni varie e semplificare il più possibile può essere essenziale per il funzionamento di tale progetto, ma probabilmente e' troppo ambizioso e praticamente irrealizzabile, considerando le dimensioni e la variabilità delle onde, la discontinuità e variabilità del vento e il braccio di leva dell'albero/velatura, che aggiungerebbe ulteriore carico di lavoro al sistema di stabilizzazione.
Su yutub ci sono barche a vela che sfruttano il principio dell'aliscafo, però le alette di sollevamento stanno sul pelo libero.
Ma di questo progetto e' stato realizzato qcosa o e' ancora del tutto ipotetico..?

[marcofa]

Considerazioni:
angolo d'attacco 3° e velocità 4 Knot abbiamo portanza di 40N per foil quindi 80N con due foil immersi: siamo vicini al decollo: con una piccola azione sugli alettoni possiamo raggiungere facilmente 55*2N = 110N di portanza totale che produce il decollo (presumibilmente a più di 6Knot del primo calcolo che aveva 6° di incidenza e non 3°, ma come ha influito l'alettone?). Domanda: quale sarà questa velocità?
Ora dobbiamo attendere che l'aumento di velocità permetta di avere 110N su un solo foil per poterne alzare uno. Bisognerà diminuire alettone progressivamente per non decollare e ridare immediatamente alettone al momento del sollevamento del foil per non ammarare. Tutto questo dovrebbe essere gestito dal mio codice Arduino basato sul sonar di livello. Se Arduino non ce la facesse dovrà essere fatto in manuale tramite radiocomando.
Ipotizzando una velocità massima raggiungibile di 20Knot bisognerà avere la possibilità di ridurre alettoni al crescere della velocità in maniera adeguata (l'angolo d'attacco dell'ala è fisso a 3° quindi probabilmente bisognerà andare in negativo con l'alettone.
Domanda: quale portanza ci sarebbe con 3° di attacco e 20Knot di velocità con un solo foil? Quanto alettone negativo dovremo dare per mantenere la portanza intorno a 110N e non decollare?
Forse dovremmo impostare l'ala a 0 incidenza e lavorare solo con l'alettone. Domanda: quale portanza a 0 incidenza e 20Knot di velocità?
Per inciso: cosa è il grafico Cd a destra? la resistenza?
Domanda: come influisce l'alettone sull'angolo di attacco? Come si comporta un'ala simmetrica ad incidenza 0 al variare dell'angolo dell'alettone? Dove si scarica la portanza? Sulla superficie di tutta l'ala? Solo sull'alettone?

[marcofa]

Originalmente inviato da giocavik

Boh, ci possono essere soluzioni varie e semplificare il più possibile può essere essenziale per il funzionamento di tale progetto, ma probabilmente e' troppo ambizioso e praticamente irrealizzabile, considerando le dimensioni e la variabilità delle onde, la discontinuità e variabilità del vento e il braccio di leva dell'albero/velatura, che aggiungerebbe ulteriore carico di lavoro al sistema di stabilizzazione.
Su yutub ci sono barche a vela che sfruttano il principio dell'aliscafo, però le alette di sollevamento stanno sul pelo libero.
Ma di questo progetto e' stato realizzato qcosa o e' ancora del tutto ipotetico..?

Anche Cristoforo Colombe era troppo ambizioso, ma senza un pò di follia non si arriva da nessuna parte.
Per tua informazione: questo progetto è sulla carta e sul PC, solo il codice Arduino è stato fatto ed il sonar di livello fatto e testato. Questo è il cuore del progetto, se non funzionasse il progetto sarebbe irrealizzabile. Ora dobbiamo risolvere il resto
Marco