微軟飛行模擬 現代螺旋槳模擬—— 想說用你不容易

        這是應該是一篇沒啥用的文字,只是記錄下使用PROP Modern不斷的除錯並最終沒有成功的一個記錄,畢竟,我確實做過很多工作了。

      微軟飛行開發了現代螺旋槳模擬,使得開發者能夠更加真實的模擬螺旋槳的各種效應。我不知道其他人是否成功了,在研究了大部分我購買的市售模飛後,我發現大部分飛機並沒有實施這個模型,就連官方的塞斯納172也只是使用了部分模擬引數——即螺旋槳並不會將受力反饋到發動機,他們之間是不會相互影響的。

     我現在的問題是在除錯中,螺旋槳的最高轉數時的吸收功率遠遠超過了發動機的輸出功率(大概有2.5倍),但在低轉速時,輸出又完全不足。而且,額外的超高吸收功率,在模擬中產生了更多的滑流,產生了額外的空氣阻力。

       正如圖中所示,零升阻力是一個精心計算的引數,在這裡它是0.03590,一個精確到如此地步的引數,被後面那個Other drag大大的超越了,平均數值在零升阻力的兩倍更多。這倒不是關鍵問題,問題是怎麼計算出來的SDK完全沒有說明過。

      好吧,還是說螺旋槳,使用現代螺旋槳模型,我的願望是可以自然地模擬出螺旋槳的各種效應反扭作用、陀螺效應、滑流效應、氣流斜吹效應,我以為他們是被自然而然的放進了模型的。但似乎實際的效果並非如此。當我第一次使用新模型實現了起飛時的偏航時(嗯,應該有右偏航,需要睬左舵)我非常高興,隨即我又測試了一次從跑道的相反方向進行滑行。這次飛機往相反的方向(向左!)偏航了!!!what?這個難道不是螺旋槳的效應,而只是環境風向的影響?環境風向的影響這麼巨大?那我為什麼要用你。但,滑流似乎是模擬了,但這個額外的滑流可能還造成了高速時的嚴重抖動,這個我可能還要進一步測試。

       讓我看看國外的開發者是怎麼反映現代螺旋槳模擬這個問題的:

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      sombol提出的問題是:” 我有一個配置正確的螺旋槳,功率吸收標量使螺旋槳在空閒時以1220RPMs旋轉,軸扭矩力為141ft-lbs...(空閒),然後在ISA條件下全推力時,它以2000RPM旋轉,就像手冊裡說一樣,並提供正確的動力來起飛,保持速度,等等,所有匹配都是有效的...重要的是,這不是使用傳統的查表。

       然而,一旦我啟用PROP MODERN,所有的設定都會變得奇怪起來。

問題1:prop_mod_use_absorbed_torque = 0。

這導致在怠速時又出現了錯誤的轉速。它從1220RPM下降到幾乎一半,就像功率吸收標量被完全忽略而支援其他東西一樣。所以我把它設定為prop_mod_use_absorbed_torque = 0......這就把我帶到了問題2。

(注:這個是變數命名問題,如果設定為0,實際的作用是開啟發動機扭矩吸收,和名稱的意思完全相反,所以轉速在怠速時會下降,因為它確實反饋了,但發動機帶不動,很可能是發動機的摩擦引數設定錯誤)

問題2:prop_mod_use_absorbed_torque = 1

這樣就保持了正確的怠速扭矩141英尺-磅,正確的N1和正確的1220轉/分的螺旋槳,但是似乎同時功率吸收公式出了問題,因為我最終發現螺旋槳在怠速時產生了非常大的推力(450磅新與180-200磅舊),導致飛機相當快地過度滑行!然後在全功率下降,推力下降太多。(失去了大約300磅的力量與非現代的相比)使飛機無法使用POH跑道長度起飛,所以很明顯,推力在這種情況下出了問題。

(注:因為設定為1就是關掉了反饋,發動機限制完全無關聯,螺旋槳只是按設定值進行計算,更加瘋狂了)

我試著改變所有的PROP_MOD值來糾正這個問題,但沒有用,唯一有點幫助的是把prop_mod_aspect_ratio從6改為4。 但是,我無法在全功率下產生更多的推力(根據POH,969英尺-磅),因此,我似乎無法用舊的曲線來平衡曲線。

(是的,要得到飛行引數正確的值,需要在部件級別上偏離手冊值)

我目前唯一的解決辦法是把power_propeller_absorbed_cf重設為1.0(從我需要的0.42),這樣就能在現代飛航模式下返回螺旋槳的全部功率,但我失去了所需的1220空載轉速與所需的空載扭矩和空載N1。

問題3:是的,如果你啟用CFD+Re-inject轉子......那麼螺旋槳失去更多的推力......多達200到250磅。為什麼會這樣? Re-inject轉子是如何影響渦輪螺旋槳的效能的?

(確實有很多不能解釋的地方,或者說,開發者不能計算的地方)

結論:我想使用現代的螺旋槳,但坦率地說,在不眠不休地調整了2個星期之後,我準備放棄它,把它全部遺留下來。我能夠相當快地調整活塞式發動機+螺旋槳的現代性,但是對於渦輪螺旋槳,吸收的扭矩會導致我無法理解或控制的錯誤行為。

(我想我加起來可能不止2星期的除錯,因為我真的挺想搞清楚問題。)

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另一位是是來自SWS的AlexVletsas,這個公司應該是開發大棕熊飛機的那個。

     我想為我們自己的渦輪螺旋槳飛機利用現代的螺旋槳系統,但我遇到了同樣的牆和一些限制。我沒有像@Simbol那樣花太多時間,因為我有一個截止日期,但我發現自己受到很大的限制。

     澄清一下,我是遺留表格的忠實擁護者,因為它們允許我完全按照我的需要來調整螺旋槳,而且用於它們的資料和公式符合學術和工業標準,我知道它的第一手資料。

     文件:一個顯示哪些標量和引數在現代螺旋槳系統中起作用的表格會有很大的幫助。比如說,prop_power_absorbed到底能不能用?

       未記錄的引數:prop_mod_aoa_lift_delta_align_beta_deg

       更好的解釋:例如,Advance_ratio_on_effective_beta,沒有意義--即使沒有使用。通過閱讀,我認為隨著提前量比的增加(在J/β表上向右移動),螺旋槳β也會增加。那麼,一個0.2的值意味著什麼?進動比每改變0.2,螺旋槳β就會改變1度?諸如此類的事情如果得到解釋或制定,會有很大的幫助。

      離散控制:現代飛行模型應該能夠模擬螺旋槳在所有提前率和β角下的執行,因為它使用了非常基本的翅片特性。這個模型(以及以前的現代螺旋槳模型)的問題是,它是通用的,你不能預測特定範圍內的行為。也就是說,螺旋槳在飛行時可能工作良好,但在空轉時,它的轉速可能過高或過低。如果我調整功率_吸收以使我的空轉正確,我需要重新制定我的飛行轉速,然後推力等。

     我還遇到了另一種情況:我的螺旋槳在怠速和起飛時工作得很好,但在爬升時,它的轉速會超過實際的轉速。由於我無法調整吸收的功率,我找到的解決方案是將beta_max設定為90度,這樣螺旋槳就有更多的發揮空間。這樣一來,如果它要超轉速,它就會從40度變成45、50、60或任何它想保持的轉速。問題是,根據飛機手冊,真正的螺旋槳不會上升到40度以上。這表明,在現代螺旋槳模擬中,吸收的螺旋槳功率要麼是錯誤的,要麼是不可調的。如果我們的選擇是將螺旋槳移動到不現實的螺距來使其工作,那就這樣吧,但我們需要知道為什麼。

(都需要偏離手冊值!)

       我的下一個觀點來了。在之前的情況下,我還注意到我的順槳轉速是應該的一半,這使問題更加明顯。那麼,我有一個可以從12度飛到80度的螺旋槳,但在83度時就順槳,而且不產生推力?從物理學的角度看,這是不可能的。

        螺旋槳平槳:每一個螺旋槳都有一個β角,在這個角度下會產生零推力,在滑行時用來保持飛機的位置。使用傳統的表格可以指定這個角度,但是使用現代的調頻器,它將被猜到(是的,完全靠猜)。同樣,如果螺旋槳效能好的話,我對使用不切實際的數字沒有意見,但它把螺旋槳的開發變成了猜測,而沒有完美的物理模型可以準確地預測它。

        接下來是我的觀點。數學公式。如果現代螺旋槳模型的公式能列在各自的引數旁邊,並且放在一起是完整的,這將對我有很大的幫助--例如,其他東西如ITT的公式是不完整的,如果放在EXCEL中,也不會有適當的輸出。

     現代道具模型作為一個概念是有意義的,但它的實施有錯誤,甚至在中等情況下也會顯示出來。缺乏對邊緣情況的調整選項,如順槳、平槳或反轉,使問題變得更糟,因為我們不得不依靠試驗和錯誤,而不是可預測的公式和真實資料。如果,至少,我們有了現代道具模型的公式,我們就可以在更短的時間內把它塑造成我們需要的樣子。

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         雖然國外的開發者使用的是渦輪螺旋槳發動機,但他們面臨的問題和我遇到的幾乎一模一樣,而且,在開發論壇中,顯然沒有正面答案(答案是放棄使用)。

      也許我可以通過一些其他的方式對引數實施補償,畢竟根據現在的除錯,在低於2000米一下時,我的引數是比較正確的。但這個和正真的根據手冊相比,確實是要妥協一些地方了。

      現代螺旋槳模擬還是表格查詢?答案對大部分開發者其實挺清晰的。

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