Portanza di un'ala in acqua: America Cup AC75 - BaroneRosso.it

marcofa · 08 giugno 23, 16:32

Sono alle battute finali di un progetto di modello di barca a vela "volante " Coppa America AC75 https://www.youtube.com/watch?v=CQFuYsG3ua4
In allegato foto del progetto.
Ho anche sviluppato un software Arduino integrativo ai due radiocomandi utilizzati per la gestione della navigazione e del volo.
Devo dimensionare e verificare il profilo alare e la portanza dei foil di sostentamento, ma purtroppo non mastico nè aerodinamica nè idrodinamica, quindi ho bisogno dell'aiuto di qualcuno che ci capisca.
Il sistema di sostentamento è costituito da un bulbo e due semiali munite di alettoni.
L'ala ha una regolazione dell'angolo di attacco di circa 6° e gli alettoni sono mossi da servi all'interno dello scafo collegati con bowden (cavetti freno biciclette).
Aspetto con ansia l'aiuto di un buon Samaritano a cui sarò tangibilmente riconoscente
Marco

Ehstìkatzi · 08 giugno 23, 20:19

Citazione:

Originalmente inviato da marcofa

Sono alle battute finali di un progetto di modello di barca a vela "volante " Coppa America AC75 https://www.youtube.com/watch?v=CQFuYsG3ua4
In allegato foto del progetto.
Ho anche sviluppato un software Arduino integrativo ai due radiocomandi utilizzati per la gestione della navigazione e del volo.
Devo dimensionare e verificare il profilo alare e la portanza dei foil di sostentamento, ma purtroppo non mastico nè aerodinamica nè idrodinamica, quindi ho bisogno dell'aiuto di qualcuno che ci capisca.
Il sistema di sostentamento è costituito da un bulbo e due semiali munite di alettoni.
L'ala ha una regolazione dell'angolo di attacco di circa 6° e gli alettoni sono mossi da servi all'interno dello scafo collegati con bowden (cavetti freno biciclette).
Aspetto con ansia l'aiuto di un buon Samaritano a cui sarò tangibilmente riconoscente
Marco

La portanza è data dalla formula

P= 1/2 ( ro*v^2*S*Cp )
Dove
ro è la densità del mezzo in cui l'ala si muove
v è la velocità
S è la superficie dell'ala
Cp è il coefficiente di portanza per il profilo adottato all'incidenza di progetto.

Per trovare il Cp bisogna trovare le tabelle del suo valore al variare dell'angolo di incidenza ( roba vecchia ) o ricorrere ad un programma dedicato a questo come Profili2.

Ehstìkatzi · 08 giugno 23, 20:30

Nell'immagine ricavata col programma in questione puoi notare come il Cp varia,oltre che con alfa, anche col numero di Reynolds che , a sua volta, dipende da corda dell'ala e dalla velocità.
Non fare caso al profilo che ho usato, vale solo come esempio.

marcofa · 09 giugno 23, 10:03

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 · 09 giugno 23, 11:11

Citazione:

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 · 09 giugno 23, 11:13

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

marcofa · 09 giugno 23, 11:37

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 · 09 giugno 23, 12:35

Citazione:

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 · 09 giugno 23, 12:42

70 mm

Ehstìkatzi · 09 giugno 23, 13:51

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.

08 giugno 23, 16:32	#1 (permalink) Top
marcofa User Data registr.: 19-01-2023 Residenza: genova Messaggi: 146	Portanza di un'ala in acqua: America Cup AC75 Sono alle battute finali di un progetto di modello di barca a vela "volante " Coppa America AC75 https://www.youtube.com/watch?v=CQFuYsG3ua4 In allegato foto del progetto. Ho anche sviluppato un software Arduino integrativo ai due radiocomandi utilizzati per la gestione della navigazione e del volo. Devo dimensionare e verificare il profilo alare e la portanza dei foil di sostentamento, ma purtroppo non mastico nè aerodinamica nè idrodinamica, quindi ho bisogno dell'aiuto di qualcuno che ci capisca. Il sistema di sostentamento è costituito da un bulbo e due semiali munite di alettoni. L'ala ha una regolazione dell'angolo di attacco di circa 6° e gli alettoni sono mossi da servi all'interno dello scafo collegati con bowden (cavetti freno biciclette). Aspetto con ansia l'aiuto di un buon Samaritano a cui sarò tangibilmente riconoscente Marco Icone allegate

09 giugno 23, 10:03	#4 (permalink) Top
marcofa User Data registr.: 19-01-2023 Residenza: genova Messaggi: 146	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 Icone allegate

09 giugno 23, 11:37	#7 (permalink) Top
marcofa User Data registr.: 19-01-2023 Residenza: genova Messaggi: 146	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 Icone allegate

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08 giugno 23, 20:30	#3 (permalink) Top
Ehstìkatzi Gran Decapo Data registr.: 18-03-2007 Messaggi: 14.557	Nell'immagine ricavata col programma in questione puoi notare come il Cp varia,oltre che con alfa, anche col numero di Reynolds che , a sua volta, dipende da corda dell'ala e dalla velocità. Non fare caso al profilo che ho usato, vale solo come esempio.

09 giugno 23, 11:13	#6 (permalink) Top
marcofa User Data registr.: 19-01-2023 Residenza: genova Messaggi: 146	Forse che movimentando TUTTO il profilo alare invece che solo un alettone si otterrebbero risultati di portanza migliori? Marco

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09 giugno 23, 13:51	#10 (permalink) Top
Ehstìkatzi Gran Decapo Data registr.: 18-03-2007 Messaggi: 14.557	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.