Portanza di un'ala in acqua: America Cup AC75

[marcofa]

Grazie per l'interessamento e per la spiegazione che però è per me un pò arabo.
Ti espongo il problema che vorrei risolvere.
La barca ha due foil ognuno con due semiali, ma quando la barca decolla sopra l'acqua il suo peso deve essere sostenuto da un solo foil. Durante la transizione la superfice bagnata diminuisce e quindi la barca accelera fino a poter alzare il foil sopravento ed accelerare ulteriormente
I dati del problema:
dimensioni della barca lunghezza 1 metro e baglio di 270 mm (scala 1:20 )
peso della barca 10 Kg
profilo alare NACA 4415bis (abbastanza grassa per accogliere una barra inox diam 8mm) scelto da me ma non obbligatorio
velocità di decollo circa 6 Knot = circa 10 Km/h con due foil immersi
angolo di attacco disponibile da 0° a 6° + alettoni
QUESITO
Questa barca riuscirà a decollare a 6 Knot con due foil?
A quanti nodi si riuscirà a sostenerla con un solo foil?
Quale profilo? (il mio va bene o no?) e... quale dimensione delle ali?
Come e quanto possono influire sul calcolo della portanza gli alettoni? vedi foto

Il punto dolente è il peso della barca (10 Kg) dovuto alla meccanica (4,5 Kg): gli attuatori devono avere una forza ragguardevole (e quindi pesanti) a causa delle forze cinematiche della movimentazione e ritegno dei foils (nel tamburo di rotazione i bracci sono molto ridotti e quindi le forze sono alte ; circa 110 Kg sui perni in asse agli attuatori: vedi foto), ed inoltre i bracci dei foils devono avere una alta resistenza a flessione.

Devo capire se esiste possibilità di successo prima di spendere una barca di soldi e scoprire poi che il modello non volerà mai.
Grazieeeeeee
Marco

[Ehstìkatzi]

Originalmente inviato da marcofa

Grazie per l'interessamento e per la spiegazione che però è per me un pò arabo.
Ti espongo il problema che vorrei risolvere.
La barca ha due foil ognuno con due semiali, ma quando la barca decolla sopra l'acqua il suo peso deve essere sostenuto da un solo foil. Durante la transizione la superfice bagnata diminuisce e quindi la barca accelera fino a poter alzare il foil sopravento ed accelerare ulteriormente
I dati del problema:
dimensioni della barca lunghezza 1 metro e baglio di 270 mm (scala 1:20 )
peso della barca 10 Kg
profilo alare NACA 4415bis (abbastanza grassa per accogliere una barra inox diam 8mm) scelto da me ma non obbligatorio
velocità di decollo circa 6 Knot = circa 10 Km/h con due foil immersi
angolo di attacco disponibile da 0° a 6° + alettoni
QUESITO
Questa barca riuscirà a decollare a 6 Knot con due foil?
A quanti nodi si riuscirà a sostenerla con un solo foil?
Quale profilo? (il mio va bene o no?) e... quale dimensione delle ali?
Come e quanto possono influire sul calcolo della portanza gli alettoni? vedi foto

Il punto dolente è il peso della barca (10 Kg) dovuto alla meccanica (4,5 Kg): gli attuatori devono avere una forza ragguardevole (e quindi pesanti) a causa delle forze cinematiche della movimentazione e ritegno dei foils (nel tamburo di rotazione i bracci sono molto ridotti e quindi le forze sono alte ; circa 110 Kg sui perni in asse agli attuatori: vedi foto), ed inoltre i bracci dei foils devono avere una alta resistenza a flessione.

Devo capire se esiste possibilità di successo prima di spendere una barca di soldi e scoprire poi che il modello non volerà mai.
Grazieeeeeee
Marco

Prima di rispondere avrei bisogno di conoscere la dimensioni dei foil. In una prima analisi ho pensato ad una corda di circa 30 cm il che porta ad un Re mooooooolto basso con rendimento del profilo ( rapporto portanza/resistenza ) altrettanto basso. Detto questo vista la complessità della costruzione dei flap che provocherebbe aggiunta di peso e sicuro aumento della resistenza direi di lasciar perdere l'idea, almeno in partenza. Immagino che tu abbia previsto un uso estensivo del carbonio in queste parti per avere rigidezza e peso ridotto. Potrei suggerire anche di aumentare quei bracci di leva, anche se questo potrebbe comportare lo sporgere di parti dalla tolda ( si dice così ? ). In un modello sperimentale così complesso è meglio tralasciare certe finezze.

[marcofa]

Forse che movimentando TUTTO il profilo alare invece che solo un alettone si otterrebbero risultati di portanza migliori?
Marco

[marcofa]

I foil che ho ipotizzato sono come disegni allegati, ma sono fatti a sensazione senza nessun calcolo.
Per non avere costi troppo eccessivi tutte le parti sono realizzate in stampa 3D sls (poliammide) rinforzate ove necessario con tondi inox.

Ogni semiala è lunga 150 mm

Aumentare i bracci di leva non porta a trovare attuatori più leggeri, gli unici trovati più leggeri hanno un quarto di forza che è insufficiente
Marco

[Ehstìkatzi]

Originalmente inviato da marcofa

I foil che ho ipotizzato sono come disegni allegati, ma sono fatti a sensazione senza nessun calcolo.
Per non avere costi troppo eccessivi tutte le parti sono realizzate in stampa 3D sls (poliammide) rinforzate ove necessario con tondi inox.

Ogni semiala è lunga 150 mm

Aumentare i bracci di leva non porta a trovare attuatori più leggeri, gli unici trovati più leggeri hanno un quarto di forza che è insufficiente
Marco

Non riesco a leggere la quota della corda, mentre l'apertura totale è 340 mm.

[marcofa]

70 mm

[Ehstìkatzi]

Quindi hai una superficie totale di 0,07x 0,34 = 0,024 m^2
il numero di Re per le dimensioni e la velocità prevista di 6 nodi = 3 m/sec
vale 236.000
i valori cacolati dal programma sono:
Cp = 1,1
Cr= 0,013
Questi sono valori teorici, in pratica differenze nella sezione e difetti superficiali possono alterare in peggio questi dati che, comunque danno una idea della situazione

Quindi
Portanza = 108 N
Resistenza = 1,4 N

Rimane da valutare quanto incidono il bulbo e il collegamento su questi valori.

P.S.
Salvo errori od omissioni.

[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]

Originalmente inviato da Ehstìkatzi

Quindi hai una superficie totale di 0,07x 0,34 = 0,024 m^2
il numero di Re per le dimensioni e la velocità prevista di 6 nodi = 3 m/sec
vale 236.000
i valori cacolati dal programma sono:
Cp = 1,1
Cr= 0,013
Questi sono valori teorici, in pratica differenze nella sezione e difetti superficiali possono alterare in peggio questi dati che, comunque danno una idea della situazione

Quindi
Portanza = 108 N
Resistenza = 1,4 N

Rimane da valutare quanto incidono il bulbo e il collegamento su questi valori.

P.S.
Salvo errori od omissioni.

Mi è venuto un dubbio fatale.
Nella formula della portanza con questi dati:
delta = 1000 kg/m3
Cp = 1
V = 3 m/s
S = 0.024 m2
viene un risultato P = 108
Ma cosa sono questi 108? la formula dimensionale mi sembra che dia Kg/s
Come diventano Newton? Forse sono "rinco"....data l'età
Marco