Red Bull Flug Tag..

[Skycruiser]

Ciao ragazzi,non sapevo bene dove postare questo argomento,spero qui vada bene..

Io ed alcuni miei amici stiamo tentando di realizzare una specie di macchina volante per partecipare al Red Bull Flug Tag,la manifestazione organizzata da red bull che prevede la realizzazione casereccia di macchine volanti..Vince chi vola per più tempo,dopo aver spinto "l'aereo" giù da una rampa che da su di un lago (nell'ultima edizione era l'idroscalo di milano)..
La nostra idea era molto semplice,ma col tempo la nostra passione aeronautica (eh si,anche i miei amici adorano tutto ciò che vola...!!) ci ha portato a stilare un progetto di massima di un attrezzo volante che sembra più o meno tale..

Secondo voi è possibile che un oggetto del peso approssimativo di 60/70 kg in legno(ai quali vanno aggiunti altri 60kg di pilota,che per fortuna è magrolino!!!! ),con un'apertura alare di 10m, larga 1.5m,lanciato ad una velocità imprecisata (quella che i 4 lanciatori riescono a fargli raggiungere spingendolo per 5 o 6 metri) e lasciato cadere da tre metri finita la rampa riesca a stare per aria qualche metro o si sfracella nell'acqua sottostante cadendo come un sasso??

Molti problemi riguardanti il progetto non hanno ancora soluzione ,come per esempio il materiale da usare per realizzare la copertura delle ali,ma speriamo di trovare qualcosa di idoneo al più presto!
Il profilo alare è stato valutato tra molti su di un programmino molto simpatico,appena ci riesco se volete vi sposto uno schema..

Sarebbe molto gradito un vostro aiuto,anche perchè voi di tecniche e tecnologie di volo ne sapete sicuramente più di me..
Secondo parametro per decretare il vincitore è la forma dell'attrezzo volante..più fa ridere o è particolare,più punti prende..

voi avete qualche idea simpatica?farlo a forma di md80 era gia stato valutato,ma dubito saremmo in grado!!!

Ovviamente noi lo vorremmo fare sopratutto per divertirci,ma col tempo ci è venuto voglia di fare qulcosa che per un pò volasse veramente..che ci volete fare,i sogni non hanno limite!!!!

Spero di non avere suscitando compasione postando la nostra idea,ma anzi,avendo letto la vostra competenza spero potrete darmi qualche buon consiglio..

Grazie a tutti!!!

[Ibi]

Ciao sky, non sono in grado di risponderti purtroppo, però anche a me piacerebbe partecipare...si vedrà!

Ciao

Marco

[falco85]

Ciao SkyCruiser!

Approfitto di questo post per presentarmi essendo la mia prima comparsa da postatore qui ma vengo subito al sodo rispondendo alla tua domanda riguardo la realizzabilità del velivolo.

Sono al terzo anno di ingegneria aerospaziale alla sapienza di roma quindi qualche conticino di massima lo so fare

Senza addentrarmi troppo nei particolari e facendo conti molto, molto grossolani, andiamo a vedere se il tuo progetto è realizzabile con i dati che hai fornito.

Riepilogando:
b = 10m
a = 1.5m
W = 130kg circa

supponendo condizioni di volo rettilineo uniforme (e questo credo sia il caso visto che non credo possiate farlo decollare nel vero senso del termine no?), l'equazione di sostentamento del velivolo è:

L = W

ossia la portanza deve bilanciare il peso totale.

Dall'aerodinamica è noto che L = 0.5 * ro * V^2 * S * Cl , dove ro è la densità dell'aria alla quota di volo, S la superficie alare V la velocità di volo e Cl il cosiddetto coefficiente di portanza. Nota: questa relazione va usata con cognizione di causa e come l'ho scritta io è molto approssimativa ma come avevo detto sto conducendo stime di massima. Tutto ciò deve equiparare il peso W del velivolo.

Facciamo ora qualche ipotesi "ragionevole"

la densità senz'altro la puoi prendere a livello del mare pari a ro = 1.225 kg/m^3
capitolo velocità.. se siete proprio proprio bravi al massimo potete raggiungere un 20 km/h secondo me, pari cioè a 5.5 m/s
superficie alare supponendo ala di pianta rettangolare quindi non rastremata, S = a*b = 15 m^2

Con questi dati, riferendo tutte le grandezze nel sistema internazionale (1 kg è pari a circa 9.8N, facciamo 10N per fare conto paro ) il Cl necessario al sostentamento è pari a Cl = 2*W / (ro*S*V^2) = 2*(130*10)/(1.225*5.5^2*15) = 4.67

Considera che nei casi di velivoli commerciali in configurazione di atterraggio quindi flap e slat estesi per toccare a velocità minima, prossima allo stallo, il Cl massimo ottenuto è sull'ordine dell'1.5 .

In base a tutto ciò direi che la risposta al vostro quesito è: no, cascherebbe come una lavatrice

Sempre nell'ottica dei conti della serva, supponendo di mantenere lo stesso peso W al fine di ottenere un Cl cristiano (diciamo un 1, ma per ottenerlo dovete tsudiare bene il calettamento dell'ala e il suo profilo alare, l'aerodinamica etc etc... considerando che sicuramente potete fare solo un'ala dritta di pianta rettangolare.. dovete considerare il fattore di oswald per la resistenza indotta e così via).. potete giocare sulle variabili velocità V e superficie alare S. Supponendo di non poter aumentare ulteriormente la velocità, l'unico modo per cercare di volare è aumentare S.

S = 2*W / (ro*V^2*Cl) = 70 m^2

se considerate una larghezza dell'ala di 2m, la lunghezza alare approssimativa è 35m. Con questi dati vi viene un'ala di allungamento alare (per definizione pari a b/a) pari a 17.5 . Considerando che gli alianti hanno un allungamento che si attesta su questo ordine di grandezza, direi che i conti che ho fatto incredibilmente grossolani, ma un senso ce lo possono avere

Resto a disposizione per qualsiasi chiarimento su ciò che ho scritto. Ciao e buona fortuna!

Falco85



PS: quello analizzato sopra è il requisito di sostentamento. Per valutare la capacità del vostro velivolo di avanzare, e quindi la sua "autonomia" nel senso di distanza massima ottenibile, dovete analizzare la resistenza aerodinamica quindi il suo coefficiente relativo, l'efficienza aerodinamica complessiva and much more

[dega90]

Quanti calcoli!
Benvenuto e grazie mille per il tuo contributo!!

Luca

[coach]

ciao falco.mi hai proprio tolto le parole di bocca
benvenuto

[falco85]

Grazie per il caloroso benvenuto!
Spero di aver spiegato la problematica in modo chiaro.. comunque, stavo pensando, più che un approccio del genere nel flug tag bisogni ragionare in un altro modo. Prima di tutto, sapete quanto hanno volato i vincitori delle edizioni scorse e si hanno foto dei loro """velivoli""" (con 3 virgolette ) ? Con questi dati si può stimare quali siano state le loro performance "aerodinamiche", e cercare di capire che criteri di progetto hanno usato. Perchè, alla fine, se a nessuno importa di volare oltre i 10 metri.. tutto quello che ho detto è monnezza in questo contesto e basta usare un minimo di conoscenze aerospaziali per creare un aggeggio che sappia resistere un 20 metri senza collassare poi non dovendo fare manovre presumo basta avere un minimo di controllo su rollio e beccheggio per mantenere la stabilità, e via.. ciao!

[tredas]

Ciao Falco, benvenuto anche da parte mia.

Complimenti per la scioltezza e la razionalità con cui hai illustrato il problema in questione.

[Slowly]

Bel thread, mitici.

Benvenuto falco.

[Skycruiser]

Ciao Falco,un benvenuto anche da parte mia..
quei conti di massima li aveva fatti anche un mio docente (quello di infrastrutture,io studio ing delle telecomunicazioni..)..
la risposta però è la stessa..cioè se sta per aria è opera divina!!!!!
Alla fine lo spirito della "competizione" è creare una macchina più o meno volante..il voto viene dato oltre per l'aspetto tecnico,anche per quello pittoresco..che comunque,secondo me,è il problema minore..
Noi partivamo dal semplice presupposto di buttarci nella mischia alla vada come vada,però l'ambizione di fare qualcosa che funzioni c'è sempre!non dico che il nostro aggeggio dovrà essere corredato di radio per chiedere il permesso di atterraggio alla torre di linate,ma che si possa far valere quello si!
Purtroppo le misure che ho dato in precedenza sono dettate anche dal fattore costruttivo..pensa che razza di struttura alare dovrebbe avere sto coso con un'apertura maggiore ai 10m!poi si correrebbe il rischio di andare in sovrappeso..noi si pensava di farlo in legno,ma mi sa che pesa troppo..
Abbiamo trovato un profilo alare molto interessante su di un testo di aerodinamica..appena trovo il nome te lo dico..
Ti ringrazio per le preziose informazioni..e se hai qualche idea per migliorare il tutto qui sono sempre ben accette!

Simone

[falco85]

ciao sono contento abbia notato la mia risposta e ti sia piaciuta.

Felicissimo di aiutarti nell'impresa anzi per me mettere in pratica ciò che ho studiato in questi tre anni è un piacere!!

Attenzione all'utilizzo del legno. E' un materiale ortotropo (ovvero non ha la stessa risposta per tutte le direzioni di sollecitazione) e ahimè per reggere a flessione nel modo in cui sono sollecitate le semiali non è una scelta molto felice. Inoltre con il legno faresti una struttura piena, con conseguente peso aggiuntivo inutile.

Passando dall'aerodinamica alle strutture ti dò una idea di come funzionano le sollecitazioni strutturali sulla semiala. A tale proposito quando feci costruzioni aerospaziali avevo fatto un modello matematico su questo che ho portato poi su excel, quindi una volta terminato il tuo progetto su carta posso metterti a disposizione il mio modello per valutare le sollecitazioni e verificare il materiale a questo. Considera che normalmente gli aeromobili si progettano a fatica (cioè a cicli continuativi di carico), mentre il tuo si presume che più di 2-3 voli non farà, quindi secondo me lo puoi progettare tranquillamente con criteri statici magari usando dei coefficienti di sicurezza un attimino più conservativi.

In generale sulla semiala trovi tutte quante le sollecitazioni possibili e immaginabili: momento di torsione, dovuto alla resistenza di avanzamento (senza entrare nei dettagli, immagina di vedere l'ala che si "torce" perchè il bordo d'attacco tende a cabrare ma viene riportato in posizione dall'attaccamento della semiala alla radice.. non prendete queste parole per verità è solo per fare capire ); momento flettente, dovuto alla portanza, e ovviamente taglio cioè la sollecitazione di forza verticale distribuita sul piano alare. Risultato: in fase di volo rettilinea avrai ventre in trazione e dorso in compressione. Come ordine di grandezza, avrai un taglio che sarà massimo alla radice e nullo all'estremità, con andamento circa quadratico e un momento flettente massimo alla radice, nullo all'estremità con andamento circa come una cubica. la sollecitazione di torsione è generalmente minore delle altre due sulle quali dovrai porre la tua attenzione.

Senza entrare nei meriti dettagliati della questione, arrivo subito al dunque: per fare una struttura alare leggera e funzionale devi sfruttare l'effetto "scatolato" cioè devi pensare a pareti sottili. E' un po' come se provi a torcere una lattina di coca cola integra.. non ce la farai mai se invece la tagli longitudinalmente, la torcerai con la sola forza del pensiero in poche parole una struttura cava ma chiusa resiste a torsione esattamente quanto una struttura piena equivalente, con peso 4 anche 5 volte inferiore.

Personalmente, ecco come farei una struttura alare rudimentale. Come longheroni (ovvero elementi longitudinali "a trave") userei dei tubi cavi di alluminio, possibilmente di sezione circolare piuttosto che quadrata. I "pannelli" di rivestimento li farei con un tessuto tipo quello che si usa delle tende, ovvero una stoffa in cui dentro è affogata una matrice metallica... in fondo in fondo negli aerei veri si usano i compositi, e questo è quanto più assomiglia a un composito no? leggero, e resistente. Ti assicuro che la tenda di una stoffa non la tagli molto facilmente. Ovviamente devi avere un compromesso tra peso e resistenza, quindi pure nella scelta del tessuto cercane uno abbastanza resistente ma non molto pesante. Essendo l'apertura alare forzatamente grande a causa della mancanza di motore, dovrai effettuare dei rinforzi trasversali (sugli a/m si chiamano centine), di materiale robusto, diciamo sempre alluminio anche se non è la scelta ideale ma sempre regge per il peso. Non esagerare o appesantisci troppo, e mettili in punti "strategici" (ti consiglio di trovare un amico ingegnere altrimenti fatti guidare dall'istinto e dal buon senso, se hai un attimo di percezione fisica capirai da solo come posizionarli). Particolare attenzione va rivolta in prossimità della radice alare dove le sollecitazioni come potrai ben capire sono massime (prova ad alzare un valigione a braccio disteso e capirai ).

Per quanto riguarda dettagli di progetto utili, devi tornare all'aerodinamica per massimizzare le tue "performance". Se fino a qua è tutto ok fammi sapere, e continuerò a darti consigli

Falco85

[falco85]

dimenticavo alcune precisazioni. Quello che ti ho spiegato è il cosiddetto cassone alare cioè la parte resistente dell'ala. L'altro discorso riguarda il profilo alare di cui ti metto in rilievo le problematiche che secondo me devi affrontare:

- non cercare profili complicati. Devi considerare che oltre a pensarlo il tuo velivolo lo devi anche realizzare, e come si dice tra il dire e il fare c'è di mezzo il mare considera che le teorie aerodinamiche richiedono assoluta precisione e pulizia nella costruzione, altrimenti va tutto all'aria. Ad esempio devi fare molta attenzione alle finiture superficiali. Cerca di ottenere una superficie la più piatta possibile: anche le semplici teste di viti e bulloni creano delle resistenze non trascurabili.. l'ideale sarebbe usare rivetti piatti, da rifinire poi dopo l'applicazione per renderli il più congruenti alla superficie ma hai le possibilità di fare tutto ciò? tornando al discorso dei profili, ad esempio esistono i cosiddetti profili laminari che hanno la particolarità di mostrare una resistenza minore a certi valori del Cl, quindi a calettamenti ben precisi. Questi sono comodi ma sono molto difficili da realizzare, quindi se ne hai sentito parlare non ti fare troppi sogni perchè se la costruzione del profilo non è fatta ad arte è più dannosa che benefica.

- il profilo non deve assolutamente cambiare forma durante il volo, perchè cambiare forma significa stravolgere l'aerodinamica e pertanto corri il rischio di stallare molto prima di quanto tu creda.

- orientati su profili molto facili, sottili simmetrici e uguali lungo tutta l'apertura alare.

se ne sei capace cerca di rastremare un pochino l'ala cioè a ridurre la sezione mano mano che ti avvicini all'estremità. Risparmi moltissimo peso.

se mi vengono in mente altre cose a proposito ti farò sapere



UPDATE: altra cosa molto importante!! quasi dimenticavo. la stabilità è cruciale in questo progetto. in un certo senso, un velivolo è più stabile quanto meno è manovrabile e viceversa. Ovvero, un velivolo è stabile quando per cambiare il suo assetto bisogna agire pesantemente sui comandi di volo. L'md80 è un velivolo particolarmente stabile grazie al piano di coda a T, i motori in coda (minore effetto imbardante in caso di piantata di uno dei motori) e soprattutto perchè è un liner e quindi sarà sicuramente più stabile e meno manovrabile di un f16 . Quindi, prendendo spunto da ciò, ad esempio perchè non fare un bel piano di coda a t?

[Skycruiser]

Wow!tutte ste cose mi fanno venire voglia di sospendere momentaneamente di studiare Per fare l'esame di elettronica dei sistemi digitali 2 e costruire sta creatura!
In realtà nello staff c'è anche un ingegnere dei materiali..anche lui mi aveva consigliato di usare tubi d'alluminio cavi per la struttura e di centinarla qua e la..il problema è che usando metallo,questo deve essere saldato..e saldare l'alluminio non è come saldare il ferro..dovrò cercare pure una apposita saldatrice!
C'è poi da mettere in cantiere il problema logistico..in qualche modo sto coso si dovrà poter smontare..altrimenti portarlo fino a milano sarà un'impresa più grande che farlo volare!!!!!
Secondo te,secondo le misure ipotizzate nel primo post,usando però una struttura in alluminio il macchinario volante avrà qualche misera speranza in più di "volare"?Agli stabilizzatori ci stavamo pensandoi proprio l'altro giorno..credo che dei semplici piani di coda orizzontali siano sufficienti,no?non credo sia necessario fargli fare tante virate!
Tanto chi lo piloterà,che per fortuna è piccolo e leggero ha il ppl,e con lui qualche centinaio di ore di volo che magari gli saranno utili..
Sul libro di cui ti parlavo ho trovato un sacco di esempi di proflio alare con diagrammi di portanza in relazione alla velocità e all'angolo di attacco..però quello semplice e liscio non è un gran che..se paragonato ad altri..

[falco85]

Rispondo punto punto al tuo post per essere il più preciso possibile

..e saldare l'alluminio non è come saldare il ferro..dovrò cercare pure una apposita saldatrice!

corretto. E quando ci sono saldature bisogna fare attenzione a cosa si fa.. o rischi di indebolire localmente il materiale che si potrebbe spaccare alla prima botta!

C'è poi da mettere in cantiere il problema logistico..in qualche modo sto coso si dovrà poter smontare..altrimenti portarlo fino a milano sarà un'impresa più grande che farlo volare!!!!!

rendere "smontabile" il velivolo richiede una complicazione tecnologica in più, cioè creare una struttura in un certo senso "modulare", considerando poi che ogni discontinuità ha delle conseguenze a livello di resistenza strutturale locale.

Secondo te,secondo le misure ipotizzate nel primo post,usando però una struttura in alluminio il macchinario volante avrà qualche misera speranza in più di "volare"?

come dicevo qualche post prima bisogna vedere cosa si intende per volare perchè se invece di una struttura che si sostenta più o meno basta un qualcosa che regge per qualche metro.. si può pensare a qualcosa di più semplice, con degli accorgimenti che ne migliorino la sopravvivenza. ma non andresti oltre i 10m (considera che i fratelli wright fecero un volo di qualche metro.. e avevano motore e tutto! e come te avevano pensato di usare legno, con rivestimento in tela però )
se invece hai delle ambizioni più grandi, si con l'alluminio migliori la situazione perchè allegerisci di molto. Studiando un minimo l'aerodinamica e minimizzando la resistenza, farai sicuramente un qualcosa che il 95% delle persone lì non avranno fatto, credo.

Agli stabilizzatori ci stavamo pensandoi proprio l'altro giorno..credo che dei semplici piani di coda orizzontali siano sufficienti,no?non credo sia necessario fargli fare tante virate!

già, infatti io come ti dicevo più che un problema di stabilità che di manovrabilità. dovreste concentrarvi nella stabilizzazione dei momenti di rollio e di beccheggio, ovvero bisogna evitare che il velivolo vada in picchiata, cabri troppo oppure che si ribalti. La manovrabilità la ridurrei al minimo.. così facendo dovrebbe risultare più stabile.

Sul libro di cui ti parlavo ho trovato un sacco di esempi di proflio alare con diagrammi di portanza in relazione alla velocità e all'angolo di attacco..però quello semplice e liscio non è un gran che..se paragonato ad altri..

il mio consiglio personale è questo: tra il dire e il fare c'è di mezzo il mare anzi, nel vostro caso un lago no? secondo me è meglio fare un profilo semplice ma farlo bene, piuttosto che cercare di fare qualcosa di difficile da realizzare con i mezzi che si hanno e farlo alla buona.

ora però sono curioso di vedere come andrà a finire! buon lavoro