Zależność pomiędzy propeller control a blade pitch angle

[ad_verbum]

Testuję nowy nabytek - Lancair Legacy od RealAir. Samolot ma spory zakres kąta ustawienia łopat śmigła i tu pojawia się pytanie.

Jak się ma zakres parametru "propeller control" (od 100% do 0%) w FSX do zakresu kątów ustawienia łopat śmigła (19 stopni do 55 stopni) tego samolotu?

Doszukałem się w plikach aircfaft.cfg, że wartości min i max blade pitch angle są zindywidualizowane dla poszczególnych samolotów. Jednak co z ich mapowaniem? Czy jest to mapowane tak, że wartości "propeller control"=100% odpowiada minimalna wartość kąta ustawienia łopat dla danego samolotu, a wartości "propeller control"=0% odpowiada maksymalny kąt ustawienia łopat dla danego samolotu? Jak to sprawdzić? Z manipulowania "wajchami" i obserwacji RPM można wyciągnąć błędne wnioski.

Drugie pytanie, czy i gdzie można sprawdzić jakie wartości ustawienia "propeller control" odpowiadają poszczególnym wartościom kątów ustawienia łopat? Czy jest to po prostu relacja liniowa?

[ylid]

Śmigło jest stałoobrotowe, więc samo dopasuje sobie kąt łopat do sytuacji. Jedyne co regulujesz to mieszanka, rpm, i moc. W Baronie są stabelaryzowane wskaźniki ilości przelatywanych mil na galonie paliwa. Ustawiając mieszankę zgodnie z zaleceniami, w tabelce dla danych rpm można było sprawdzić jaką optymalną wartość powinien mieć w/w wskaźnik dla danej wysokości przelotowej czy wznoszenia. I z tego się korzystało.

W Legacy tego pewnie nie masz. Nie wiem jakie jeszcze dokumenty dodali do samolotu, no ale pewnie niewiele, skoro pytasz jak ustawić śmigło. Niemniej to o co pytasz jest w pliku *.air, w formie tabel. Pierwsza to Propeller Efficiency vs Blade Angle and Adv Ratio opisująca sprawność śmigła zależnie od posuwu dla rożnych kątów nastawienia łopat. Współczynnik na osi X liczony ze wzoru:
(prędkość względem powietrza) / (rpm silnika * średnica śmigła)
Uzyskany wykres jest dość charakterystyczny i kompletnie do niczego Ci się nie przyda, ale wyjaśni jak mógłbyś ustawiać najskuteczniejszy zakres pracy śmigła w oparciu o niego gdybyś nie miał śmigła stałoobrotowego - które zrobi to automatycznie samo za Ciebie.
A druga tabela to Propeller Thrust Coefficient vs Blade Angle and Adv Ratio - analogicznie do pierwszej tylko, że opisuje ciąg śmigła zależny od posuwu dla różnych kątów nastawienia łopat.

I te dwie tabele odpowiadają na Twoje pytania. Jak ustawić śmigło, żeby miało jak największą skuteczność (zamieniało jak najefektywniej moc silnika na ruch postępowy), oraz jak ustawić śmigło żeby dawało jak największy ciąg. Sęk w tym, że masz tam w Legacy śmigło, które samo się dopasowuje do posuwu i zmienia kąty nastawienia łopat żeby nieustannie mieć optimum. Dlatego pozostaje Ci jedynie ustawianie: mieszanka, rpm, ciśnienie doładowania.

[ad_verbum]

Śmigło jest stałoobrotowe, (...) masz tam w Legacy śmigło, które samo się dopasowuje do posuwu i zmienia kąty nastawienia łopat żeby nieustannie mieć optimum. Dlatego pozostaje Ci jedynie ustawianie: mieszanka, rpm, ciśnienie doładowania.

Piotr, serdecznie dziękuję za wyjaśnienie, zaoszczędziłeś mi czasu na zbędne w tym przypadku analizowanie zagadnienia kąta ustawienia łopat, a informacja o tym gdzie szukać zestawień Propeller Efficiency vs Blade Angle and Adv Ratio oraz Propeller Thrust Coefficient vs Blade Angle and Adv Ratio przyda się na przyszłość przy innych samolotach.

Czyli w przypadku śmigła stałoobrotowego, zmieniając parametr "propeller control" zmieniam RPM, a automatyka śmigła sama dopasuje do tego odpowiedni kąt ustawienia łopat.
Czy słuszne jest moje domniemanie, że zmiana RPM inicjowana przez zmianę "propeller control" jest w rzeczywistości realizowana przez zmianę kąta ustawienia łopat, tyle tylko, że ustawienie to zostaje automatycznie wyregulowane do wartości optymalnej względem prędkości opływającego śmigło powietrza?

[wojtek_84]

Czy słuszne jest moje domniemanie, że zmiana RPM inicjowana przez zmianę "propeller control" jest w rzeczywistości realizowana przez zmianę kąta ustawienia łopat, tyle tylko, że ustawienie to zostaje automatycznie wyregulowane do wartości optymalnej względem prędkości opływającego śmigło powietrza?

Trochę się gubię przy tym ostatnim zdaniu.

Zmiana RPM powoduje zmianę kąta łopat do takiej jaka da wskazane RPM przy danej prędkości opływającego powietrza. Ty ustawiasz zadaną prędkość obrotową śmigła, a jakiś układ (hydrauliczny, elektryczny lub mieszany) ustawia łopaty tak, żeby przy danej mocy i prędkości RPM utrzymywały się na zadanym poziomie.

Kąt ustawiony przez ten automat będzie dla takiej samej mocy różny odpowiednio do prędkości. Przy tej samej prędkości będzie różny odpowiednio do mocy...

Ale trudno tu mówić o jakiejś wartości optymalnej. Dobranie wartości "optymalnej" sugeruje, że jest kilka możliwości - a tych nie ma. Przy danej prędkości i przy określonej mocy jest tylko jedno ustawienie łopat pozwalające na uzyskanie zadanych RPM.

[ylid]

Nie ma sprawy, sam tego kiedyś szukałem.

A jak symulator w szczegółach realizuje ustawienie kąta łopaty tego nie wiem.

Prawdopodobnie jest tak jak mówisz, że zmieniając położenie "propeller control" sim zaczyna zmieniać kat łopaty śmigła szukając optimum. Jak mu braknie zakresu to przeskakuje do początku zakresu i znowu szuka. To by też wyjaśniało charakterystyczne szarpnięcia podczas zmniejszania rpm śmigła. Ale czy tak to się odbywa w simie - głowy nie dam. Jest to bardzo prawdopodobne. Niemniej to już musiał by potwierdzić ktoś lepiej znający engine symulatora.

[wojtek_84]

Jeśli chcesz sprawdzić jak to działa - polecam BlackBoxa - pokaże jak się zmieniają wszystkie parametry.

http://www.robbiemcelrath.com/blackbox/?logger

[ad_verbum]

ustawienie to zostaje automatycznie wyregulowane do wartości optymalnej

Trochę się gubię przy tym ostatnim zdaniu. (...) trudno tu mówić o jakiejś wartości optymalnej. Dobranie wartości "optymalnej" sugeruje, że jest kilka możliwości - a tych nie ma.

Wojtek, również i Tobie bardzo dziękuję za pomoc w zgłębianiu tematu. Masz rację, źle to napisałem. Nazwałem wartość, która zostanie ustawiona przez governor, wartością optymalną, bo nie bardzo przychodziło mi do głowy, jak to inaczej napisać. Słowa "wartość zadana" nie bardzo mi pasowały, bo jest to układ samoregulujący się. Jednak po przemyśleniu widzę, że "wartość zadana" znacznie lepiej tu pasuje. Układ governora jest tak skalibrowany, że przyjmuje zadane/zdefiniowane wartości kąta ustawienia łopat w zależności od wartości RPM i siły wywieranej przez strumień powietrza na śmigło.

Czytam właśnie literaturę tematu: [1] Pilot’s Handbook of Aeronautical Knowledge, chapter 6. Aricraft systems, section: Adjustable-Pitch Propeller, [2] Aviation Maintenance Technician Handbook–Powerplant chapter 7. Propellers, section: Types of propellers - Constant-Speed Propellers, Propeller governor i wychodzi na to, że układ regulacji (governor) działa, w uproszczeniu, w następujący sposób:
zmiana w RPM > governor > dostosowanie kąta ustawienia łopat
zmiana w air load > governor > dostosowanie kąta ustawienia łopat.

Tak w ogóle, to zarządzanie silnikiem w samolotach ze śmigłem stałoobrotowym wcale nie jest takie proste. W literaturze [1] str. 6-7 przestrzegają:
"For any given rpm, there is a manifold pressure that should not be exceeded. If manifold pressure is excessive for a given rpm, the pressure within the cylinders could be exceeded, placing undue stress on the cylinders. If repeated too frequently, this stress can weaken the cylinder components and eventually cause engine failure. As a general rule, manifold pressure (inches) should be less than the rpm."
Tego ostatniego zdania nie rozumiem, jak mam porównywać mainfold (w in) z rpm? Gdzieś mi się napatoczyło coś, że należy porównywać sqr(mainfold) do rpm, ale to też nie bardzo do siebie pasuje.

Abstrahując całkowicie od FSXa, nie bardzo jest dla mnie jasne, w jaki sposób w realnych samolotach "propeller control" reguluje obroty silnika? Wydaje mi się, że poprzez zmianę kąta nastawienia łopat, ale jak na złość w tej literaturze, którą teraz studiowałem nic na ten temat nie napisali. Może oczywistości się nie pisze. ;-) Ograniczono się [1] str. 6-6 do skromnego stwierdzenia:
"An aircraft with a constant-speed propeller has two controls: the throttle and the propeller control. The throttle controls power output and the propeller control regulates engine rpm. This in turn regulates propeller rpm which is registered on the tachometer."

Tyle, że ja lubię wiedzieć jak coś działa, a nie ograniczać się do naciskania guzików. Nauka metodą na "małpę" nie sprawia mi przyjemności.

[PZL Belfegor]

Tu znajdziesz ciekawe i przystępne wyjaśnienie: http://www.avweb.com/news/pelican/182082-1.html

[wojtek_84]

Tego ostatniego zdania nie rozumiem, jak mam porównywać mainfold (w in) z rpm? Gdzieś mi się napatoczyło coś, że należy porównywać sqr(mainfold) do rpm, ale to też nie bardzo do siebie pasuje.

Bezpośrednio. Porównujesz manifold (w calach) z obrotami (w setkach). Czyli MP 30 to obroty 3000. Oczywiście to tylko taka "rule of thumb". Normalnie wykonujemy start z MP 30 i obrotami na poziomie ok. 2500 - wszystko będzie ok.

EDIT:
Należy pamiętać, że to jest zasada ogólna. Dotyczy ona mocy "cruise". Jeśli w tabeli "power settings" jest napisane, że "cruise" ma inne parametry (wyższe MP i niższe obroty niż wynikało by z tej zasady) to bezpiecznie można używać takich parametrów - ktoś to doświadczalnie sprawdził.

Tak w ogóle, to zarządzanie silnikiem w samolotach ze śmigłem stałoobrotowym wcale nie jest takie proste. W literaturze [1] str. 6-7 przestrzegają:

No to akurat wypływa z podstaw wiedzy na temat silników. Im wyższe obroty tym mniej powietrza wpływa do silnika więc można (trzeba) przy utrzymaniu tego samego ciśnienia w cylindrze (po zamknięciu zaworów) zwiększyć ciśnienie ładowania. Jeśli ciśnienie ładowania będzie zbyt duże, a obroty zbyt małe (czyli czas suwu ssania dłuższy) to ciśnienie w cylindrze wzrośnie. A jeśli wzrośnie to zaczynają się dziać nieprzyjemne rzeczy - najpierw ciśnienie podczas spalania będzie bardzo duże (do ciągłej pracy - przy starcie to jest ok - stąd te wskazania mocy startowej, mocy 5 minutowej itp.), a potem pojawi się spalanie detonacyjne (a to już jest zdecydowanie niezdrowe).

Silnik ze śmigłem o stałym skoku nie ma tego problemu bo im większe MP tym szybciej się kręci - aż do granicy możliwości, ale wbrew pozorom - nie jest wolny od tego problemu - ten zapis w instrukcji, że moc powinna być zmieniana płynnie i możliwie wolno wynika z tego samego - jeśli przy niskich obrotach otworzy się przepustnicę całkowicie to efekt jest dokładnie taki sam jak przy śmigle stałoobrotowym na niskich rpm.

w jaki sposób w realnych samolotach "propeller control" reguluje obroty silnika?

Jak na obrazkach, które pokazał w linku PZL Belfegor - układ steruje kątem ustawienia łopat - to działa jak bezstopniowa skrzynia biegów.

[ad_verbum]

Tu znajdziesz ciekawe i przystępne wyjaśnienie: http://www.avweb.com/news/pelican/182082-1.html

Dymitr, dziękuję. Bardzo fajny, rzeczowo napisany materiał w oparciu o "real aviation". Szczegółowy opis postępowania na poszczególnych etapach przygotowania do lotu, jak i samego lotu to jest to, czego mi brakowało. Z materiału wynika, że moje domniemanie, iż "propeller control" zmienia RPM bezpośrednio poprzez zmianę kąta ustawienia łopat nie jest całkowicie poprawne. Możliwe są sytuacje, gdy zmiana ustawienia "propeller control" nie skutkuje zmianą kąta ustawienia łopat, a RPM się zmienia. Regulacje te zachodzą w układzie governora. Jak jest to realizowane w detalach tego artykuł już nie wyjaśnia, ale przecież nie tego on dotyczy. Grzebanie się w takich szczegółach to już moja fanaberia, co nie zmienia faktu, iż przejrzę raz jeszcze literaturę pod tym kątem, ale najpierw sobie trochę polatam.

Wojtek, ponownie dziękuję. Czas "przetrawić" zgromadzone informacje, zrobić notatki i zobaczyć, jak to się ma do świata wewnątrz FSXa.

PS. Wątek dedykuję tym, co nazywają FSX grą, a to i tak są tylko podstawy awiacji.

[wojtek_84]

Możliwe są sytuacje, gdy zmiana ustawienia "propeller control" nie skutkuje zmianą kąta ustawienia łopat, a RPM się zmienia

Czysto teoretycznie - tak. Ale w praktyce jest to niemożliwe. Żeby tak się stało pilot musiał by dostosować idealnie zmianę prędkości śmigła do zmiany prędkości samolotu (np. w zniżaniu). Nie sądzę, żeby możliwe było tak dobre zgranie tego bez żadnego wskaźnika pozycji łopat... Zresztą - nie wiem jaki miałby być cel.

Jak jest to realizowane w detalach tego artykuł już nie wyjaśnia, ale przecież nie tego on dotyczy

Pytaj o to co konkretnie w detalach Cię interesuje.

Tu jest lepszy schemat:
http://www.avweb.com/news/maint/185020-1.html

i jeszcze parę rewelacyjnych schematów:
http://www.cairdpublications.com/scrap/ ... gsWork.htm

Czas "przetrawić" zgromadzone informacje, zrobić notatki i zobaczyć, jak to się ma do świata wewnątrz FSXa.

Jeśli zamierzasz robić jakieś testy to, proszę, podziel się wynikami

PS. Wątek dedykuję tym, co nazywają FSX grą, a to i tak są tylko podstawy awiacji.

FSX może być fajną grą Wystarczy odpalić niektóre misje, żeby się przekonać.

A potem, dla odmiany, można zainstalować coś od A2A (z AccuSim) i bardzo szybko się przekonać jak łatwo zdewastować silnik

[ad_verbum]

Możliwe są sytuacje, gdy zmiana ustawienia "propeller control" nie skutkuje zmianą kąta ustawienia łopat, a RPM się zmienia

Czysto teoretycznie - tak. Ale w praktyce jest to niemożliwe. Żeby tak się stało pilot musiał by dostosować idealnie zmianę prędkości śmigła do zmiany prędkości samolotu (np. w zniżaniu).

Takie wnioski wyciągnąłem po przeczytaniu tego materiału http://www.avweb.com/news/pelican/182082-1.html , a konkretnie sekcji "Runup". Oczywiście jest to stan bez "air load".

Pytaj o to co konkretnie w detalach Cię interesuje.

W detalach, to chciałbym wiedzieć z czym jest połączona, w ujęciu funkcjonalnym, manetka "propeller control" w samolocie ze śmigłem stałoobrotowym.

Tu jest lepszy schemat i i jeszcze parę rewelacyjnych schematów

Widzę, że nudzić się nie będę. :-)

Jeśli zamierzasz robić jakieś testy to, proszę, podziel się wynikami

Nie wiem ile warte będą te testy ze względu na doświadczenie badacza z takim samolotami, ale mam zamiar sprawdzić, jak się mają zalecenia z reala do odwzorowania w FSXe.

można zainstalować coś od A2A (z AccuSim) i bardzo szybko się przekonać jak łatwo zdewastować silnik

Nie mam nic z AccuSimem, ale latam 206 od Dodo. Też nie trudno ją zepsuć. ;-)

[wojtek_84]

Takie wnioski wyciągnąłem po przeczytaniu tego materiału http://www.avweb.com/news/pelican/182082-1.html , a konkretnie sekcji "Runup". Oczywiście jest to stan bez "air load".

No ale ta sytuacja jest dość oczywista. Jeśli nie dasz mocy, która pozwala silnikowi na osiągnięcie 2300 obrotów to ustawienie takiej prędkości śmigła spowoduje jedynie zdjęcie obciążenia z wału (czyli maksymalnie płaskie ustawienie łopat).

W detalach, to chciałbym wiedzieć z czym jest połączona, w ujęciu funkcjonalnym, manetka "propeller control" w samolocie ze śmigłem stałoobrotowym.

Popychaczem.
http://www.avweb.com/newspics/185000_co ... d_prop.jpg
(lewy górny róg)
http://www.cairdpublications.com/scrap/ ... 0Speed.jpg
(górna część rysunku)

jak się mają zalecenia z reala do odwzorowania w FSXe

To Ci mogę powiedzieć na podstawie własnych doświadczeń

W samolotach defaultowych (konkretnie to na Baronie, bo nim się nalatałem sporo) kilka rzeczy w obsłudze silnika jest ładnie odwzorowanych, także zabawa prędkością śmigła, przepustnicą i mieszanką wpływa na pracę silnika. Niestety - nie wpływa na zużycie silnika więc nic nie przeszkadza latać na mocy startowej przez cały czas.

W płatnych samolotach na ogół jest podobnie, choć zauważyłem też gorsze odwzorowanie śmigła (akurat to było fixed pitch) w CR1 Aeronca Champ - w tym samolocie prędkość nie wpływała w żaden sposób na obroty. W większości znanych mi maszyn - zmiany prędkości są widoczne na obrotomierzu (przy nurkowaniu obroty rosną, przy wznoszeniu - spadają). Oczywiście - śmigła "constant speed" starają się ten efekt redukować.

Jeśli chcesz zobaczyć jak działa takie śmigło w profesjonalnym wykonaniu (ale to chyba nie są nawet funkcje FSX tylko zewnętrzny program, który tym steruje) to pobaw się maszynami od A2A. To jak pracuje silnik P-47 czy Spitfire jest niesamowite. Nagle cała ta teoria o temperaturach, spalaniu detonacyjnym, ciśnieniu, mieszance itp. robi się bardzo ważna i wyciągnięcie z samolotu 100% możliwości jest wyzwaniem - bardzo dalekim od przesunięcia przepustnicy do przodu.

Nie mam nic z AccuSimem

Polecam w przyszłości. Wybór robi się coraz większy. Ja rozważam teraz Boeinga 377 lub Mustanga. 377 jest ciekawy bo ma symulowane stanowisko mechanika pokładowego - można go "uruchomić" albo samemu obsługiwać całe to stanowisko - zapoznałem się z instrukcją i miałem okazję wypróbować u znajomego - rewelacja, ale najpierw trzeba się nauczyć.

[ad_verbum]

Przeczytałem wskazane materiały, obejrzałem obrazki oraz ponownie przeczytałem odpowiednie sekcje z Aviation Maintenance Technician Handbook–Powerplant. Odnośnie budowy układu sterowania śmigłem stałoobrotowym wszystko jest już jasne. Teraz muszę przyswoić sobie stosowną metodykę zarządzana silnikiem w praktyce. Szkoda tylko, że Lancair nie ma symulacji uszkodzeń silnika, bo była by realna presja na prawidłowość postępowania, a tak jest to tylko kwestia indywidualnej chęci do postępowania zgodnie z zasadami. Jeszcze raz dziękuję za cenną pomoc w ogarnięciu zagadnienia.

[wojtek_84]

No to następny samolot do kupienia - Spitfire, Mustang albo P-47

P-47 nie ma "hangaru" ale ma wielką turbosprężarkę, którą trzeba odpowiednio obsługiwać (jak się zapomnisz przy nurkowaniu z dużego pułapu to możesz łatwo przekręcić silnik).

Spitfire ma "hangar" - możesz sobie po każdym locie (lub po kilku jeśli latasz jak należy) sprawdzić stan silnika - włącznie z kompresją cylindrów. Jak trochę polatasz to szybko zauważysz jak spalanie stukowe przekłada się na stan elementów silnika (recenzje i sami autorzy przyznają, że efekty są nieco mocniejsze niż w rzeczywistości - także żywotność elementów jest trochę skrócona).

[PZL Belfegor]

Sadzę, iż do nauki zagadnień związanych z tym tematem najlepszy będzie Spitfire - dodatek pozwala na zapoznanie z działaniem śmigła o stałym skoku oraz przestawnego w Mk I i stałoobrotowego w Mk II, a także korzysta ze wspólnego jądra Accu-Simu (dzięki czemu systemy są generalnie nieco bardziej złożone niż w poprzednich produkcjach, a do tego aktualizowane do poziomu tych z P-40 i P-51 - ostatnie uaktualnienie wyszło przedwczoraj).
W akcji wygląda to tak: http://www.youtube.com/watch?v=psYL7thQj6M

(recenzje i sami autorzy przyznają, że efekty są nieco mocniejsze niż w rzeczywistości - także żywotność elementów jest trochę skrócona

Zdaje się, że niektóre samoloty A2A pozwalają na wybranie tempa zużywania części, nie pamiętam jednak czy Spitfire się do nich zalicza.

[wojtek_84]

Zdaje się, że niektóre samoloty A2A pozwalają na wybranie tempa zużywania części, nie pamiętam jednak czy Spitfire się do nich zalicza.

Nie. Taką opcję widziałem w prezentacji B-17 i chyba J-3.

B-17 ma TBO 1000 (domyślnie) i 300 (dla szybkiego zużycie).

W J-3 jedna z opcji to 1800, drugiej nie pamiętam.