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¿Qué es el Gas Sensor? Por Luis Manuel Gonzalez

22 junio, 2010 1 comentario

clip_image002[4]A veces nos surgen dudas sobre cómo analizar el tiempo de gas que le hemos imprimido a nuestro modelo. En otros casos hay modalidades como el F5G que requieren de precisos instrumentos para contabilizar tiempo de motor. En el siguiente artículo os proporcionaremos una descripción que proviene de uno de los maestros “habituales” de nuestra publicación: Luis Manuel Gonzalez.

GASSENSOR

(diseño y desarrollo: Gernot Fink)

http://home.germany.net/101-71292/

clip_image002

Así es el “GASSENSOR” (en adelante “chisme”)

El chisme está diseñado específicamente para el control del vuelo en las especialidades F5B y F5F. Para ello lleva una serie de elementos ‘satélites’ que permiten el control del pase por las bases con o sin motor, la cuenta automática de los 200” de la distancia, del tiempo de motor usado en la permanencia, del traspaso automático de la información al ordenador, etc, etc.

Pero es mucho más fácil su uso para otras especialidades que necesitan un control doble de tiempos … donde se controla, por ejemplo, el tiempo de motor además del tiempo de vuelo. Normalmente estas pruebas le complican la existencia a la organización y a los jueces/cronometradores, que si le da motor que crono activo, que si lo para, mas vale no parar el de vuelo, etc…

Para su funcionamiento incorpora, de origen, una NiMh de 4 ó 5 elementos (4,8 ó 6V), nosotros le hemos puesto una LiPo 2S que pesa menos y dura más.

El uso del chisme es relativamente sencillo la primera vez, una vez cogido el ritmo, es facilísimo de usar y ciertamente preciso en sus mediciones.

Como podéis ver en la foto anterior, en su parte ‘visible’ tiene una pantalla y dos botones (pulsadores) … simple … La pantalla nos da toda la información necesaria y nos ayudará a chequear el enlace entre el equipo de radio y él. La información que suministra es: Duración del vuelo, Tiempo de uso del motor, dorsal, numero de largos, tiempo transcurrido de la parte del vuelo de distancia en F5B y F5F y la información sobre el chequeo del emisor-chisme.

Para F5G (y podría usarse para F5J y X5J-Extreme), su uso facilita enormemente la labor de crono de los jueces. En esta especialidad hay que volar 10 minutos SIN motor, en una ventana de 10’30” (para que puntúe la toma), luego todo el tiempo de utilización del motor, hay que sumárselo al de vuelo para intentar llegar a conseguir el máximo de puntuación “600”.

¿Cómo funcionamos con el chisme? … cada concursante proporciona al Juez un receptor con un cristal de la misma frecuencia que el del modelo. El Juez conecta el chisme al receptor (que es alimentado con 5V), en el canal que le indica el concursante y que se corresponde al del motor y hace el chequeo.

clip_image004

Para el chequeo es muy importante por razones de seguridad que no esté alimentado el motor del modelo, si no fuera posible, hay que tener mucha precaución, ya que durante el chequeo se pedirá al concursante que de motor a tope (palanca, corredera o interruptor).

Una vez conectado el receptor y encendido el gassensor, se le pide al piloto que encienda su emisora y posicione el motor al MINIMO, si el receptor está correctamente conectado, en la pantalla, en la parte de ‘Motor-Check’, cambian los caracteres, de un carácter ilegible a un número (36) y el juez pulsará un botón lateral marcado como ‘Set’. Se le pide al concursante que de motor al MAXIMO y ese número cambiará a otro muy superior (65<>75), visto esto, se pulsa el botón STOP y se le pide al concursante que ponga motor, de nuevo, al MINIMO. Si la diferencia entre los dos números que ahora aparecen separados por un guión (-) supera las tres unidades, el chequeo es OK y la probabilidad de fallo es muy remota (como veréis en la imagen, la diferencia es solo dos unidades, esto hizo que se repitiera el chequeo un par de veces más para estar totalmente seguros de su fiabilidad, como era raro, dándoles vuelta al coco se me ocurrió preguntarle al concursante si tenía recortado el recorrido al tope del motor … era así, por eso tan poca diferencia).

Una vez chequeada la conexión emisora<>gassensor, se prepara el modelo (conectar baterías receptor y alimentación motor) y ya estamos listo para el vuelo. Cuando el Juez de Pista autoriza el despegue (normalmente con entre 3 y 4 minutos de separación del anterior) se preparan concursante/ayudante y cronometrador.

El tiempo de vuelo comienza en el momento de la suelta del modelo por el piloto o su ayudante y es en ese momento exacto cuando el juez pulsa el botón START. Como el motor está en marcha, ambos cronómetros funcionan al unísono, el de la izquierda con el tiempo de vuelo (Duration Time) y el de la derecha con el tiempo de motor (Motor Time).

El crono del tiempo de vuelo funcionará ininterrumpidamente hasta que el modelo esté parado en el suelo (Reglas de F5G en España) que será el momento en el que el Juez pulsará el botón STOP.

El crono de motor se parará automáticamente en el momento que el piloto ponga el motor al mínimo y volverá a funcionar cuando el piloto accione la palanca (corredera o interruptor) de motor, ya sea al máximo o sólo una fracción de potencia. De ésta forma ‘autónoma’ no cuenta las veces que se ha activado la palanca de gases durante el vuelo. Cuando el gassensor funciona con todos sus elementos periféricos, además podremos saber cuántas veces ha sido accionado el motor.

Al final del vuelo, el Juez anotará los tiempos reflejados en la pantalla, tanto para el motor como para el vuelo, después medirá la distancia del morro al centro del punto de toma y toda esta información se pasará al ordenador, que hará las cuentas necesarias para obtener las clasificaciones.

Saludos, Luis Manuel.

Las Crónicas de Juan Ramos (II): El número de Reynolds

image Queridos amigos, hoy D. Juan Ramos nos trae su segundo artículo de divulgación técnica. Os aconsejo que leais con detenimiento. Aprendereis mucho con sus crónicas. Entre otras cosas descubrireis la aplicación del refrán “Burro Grande …” al aeromodelismo. Gracias Juan.

 

Número de Reynolds

No siempre se ha conocido el efecto que la densidad y la viscosidad del aire tiene sobre el comportamiento de los cuerpos en el aire. No son similares las fuerzas que actúan sobre las alas de un modelo de 2 metros de envergadura que las que actúan sobre las alas de un velero de 18 metros de envergadura.

Osborne Reynolds descubrió y enunció, allá por el año 1883 que este factor de escala podía cuantificarse mediante una ecuación, desde entonces creo que se dice aquello de “burro grande ande o no ande”. El número de Reynolds.

Esta ecuación es:

clip_image002

Siendo : ρ densidad del aire = 0,125 kg. s2/m4

μ viscosidad del aire = 1,82·10-6 Kg s/m2

v velocidad del aire en m/s

L longitud característica en metros (en nuestro caso la cuerda del ala)

A nuestros efectos puede simplificarse mediante la fórmula:

Re = 68.681,32 ּ v ּ L clip_image004 68.500 ּ v ּ L

Siendo: v la velocidad del aire en metros/segundo

L la cuerda del ala en metros

Para que nos demos cuenta de la influencia que tiene el número de Reynolds (Re), hagamos unos cálculos simplificados con la polar del perfil AG40d (el perfil del SUPRA en el encastre) a varios Re.

En el cuadro siguiente anotamos directamente la información de Cl y Cd de la polar en los puntos de máxima fineza (puntos rojos en la polar) y hacemos unos pequeños cálculos, suponiendo una carga alar de 25 gr/dm2, sabiendo que no tenemos en cuenta las resistencias parásitas e inducidas del ala, también suponemos que el ala sería de cuerda constante y que el fuselaje, el estabilizador y el timón son ideales (estas idealizaciones facilitan los cálculos y nos ayudan a observar las diferencias teóricas). La velocidad horizontal y la de descenso son:

image 

image 

Reynolds

Cl máx fineza

Cd máx fineza

Fineza

Cl3/2/Cd

Vh horizontal

Vv descenso con fineza máx

Cuerda asociada

(cm)

30.000

0,90

0,046

19,6

18,6

6,00

0,34

7,3

50.000

0,82

0,026

31,5

28,6

5,73

0,22

12,7

70.000

0,82

0,020

41,0

37,1

5,73

0,17

17,8

100.000

0,84

0,017

49,4

45,3

5,80

0,14

25,1

130.000

0,81

0,015

54,0

48,6

5,69

0,13

33,3

200.000

0,80

0,012

66,7

59,6

5,66

0,11

51,4

500.000

0,75

0,008

93,8

81,2

5,48

0,08

132,8

clip_image012

Polar obtenida de Profili2 http://www.profili2.com

A mayor número de Re, mejores son las prestaciones del perfil, varían tanto que en algunos de los perfiles más empleados se ha fijado el Re crítico, por debajo del cual, no es utilizable el perfil. En concreto, para este perfil a Re=30.000 tiene unas prestaciones muy pobres.

Del cuadro observamos que con un Re=100.000 la cuerda ideal sería de 25 cm conseguiríamos una fineza teórica de 49 (avanzaríamos 49 metros por cada metro de altura) y la velocidad teórica de descenso sería de 0,17 m/s (en la práctica, sumando resistencias inducidas y parásitas del ala, fuselaje, estabilizador y timón sería de más del doble). Para Re=30.000 la cuerda ideal sería de 7,3 centímetros, pero la fineza ha caído a 19 y la velocidad de descenso sería el doble que a Re=100.000. El tamaño importa.

Deducimos que nos interesa alcanzar el mayor Re posible, bien sea aumentando la cuerda o aumentando la velocidad, pero como en tantas ocasiones en aerodinámica, hay que encontrar el compromiso entre estos factores.

Aumentar mucho la cuerda supone disminuir el alargamiento, lo que incrementa la resistencia inducida, aumentar la velocidad también supone incrementar la velocidad de descenso, así que diseñaremos conjugando la mayor cuerda posible, el mayor alargamiento posible y la menor velocidad de descenso posible, ahí está una dificultad.

Todo esto para una carga alar fija de 25 gr/dm2, si aumentamos la carga alar conseguiríamos incrementar la velocidad horizontal y la vertical y disminuir la cuerda, la fineza se mantendría igual. Y viceversa, disminuyendo la carga alar disminuimos las velocidades y nos obligaría a aumentar la cuerda, o manteniendo la cuerda no disminuiríamos tanto la velocidad horizontal ni la vertical.

Todos estos cálculos teóricos asumen importantes simplificaciones, pero nos permiten tomar conciencia del significado y efecto del número de Reynolds en nuestros modelos, tanto desde el punto de vista cualitativo como cuantitativo.

Las Crónicas de Juan Ramos (I): ¿Qué es la Polar de un Perfil?

Desde aquí damos las gracias a Juan Ramos por acercar la técnica a los aeromodelistas de a pie. Realmente esta información es muy válida no solo para F5J sino para otras muchas clases FAI que requieran de las capacidades de planeo del modelo.

JuanRamos

Acercamiento a la información básica de la polar de un perfil

La polar de un perfil representa sus valores de coeficiente de sustentación (Cl) y coeficiente de resistencia (Cd). Estos valores se obtienen de las observaciones realizadas en el túnel aerodinámico o de modelos matemáticos (por ejemplo xfoil).

Un perfil tiene una curva polar para un número de Reynolds (Re) determinado, por lo que para conocer el comportamiento del perfil en nuestro modelo deberíamos tener acceso a las curvas para los números de Reynolds a los que volará.

Supongamos que tenemos la polar un perfil determinado (en este caso del AG 40, del Dr. Drela, utilizado en el SUPRA) a Re = 100.000, y queremos obtener sus principales características, para ello buscaremos los cuatro puntos básicos de cualquier perfil, a saber:

– mínima resistencia

– máxima fineza

– mínima velocidad de descenso

– velocidad de pérdida

Las polares tienen asociadas tablas de datos que representan numéricamente la curva, y son las columnas “Alfa”, “Cl” y “Cd”. Las otras dos columnas las añadimos para encontrar la máxima fineza y la mínima velocidad de descenso.

AG 40 para Re = 100.000

Alfa

Cl

Cd

Cl/Cd

Cl3/2/Cd

-5

-0,369

0,0325

-11,35

-4

-0,277

0,0224

-12,37

-2

-0,0905

0,0114

-7,94

-1

0,0152

0,0122

1,25

0,15

0

0,2116

0,0129

16,40

7,55

1

0,3665

0,0131

27,98

16,94

2

0,4689

0,0134

34,99

23,96

3

0,5649

0,014

40,35

30,33

4

0,6632

0,0143

46,38

37,77

5

0,7607

0,0154

49,40

43,08

6

0,8542

0,0174

49,09

45,37

7

0,9374

0,0212

44,22

42,81

9

1,0801

0,0409

26,41

27,45

10

1,0841

0,0581

18,66

19,43

11

0,9983

0,0798

12,51

12,50

12

0,9027

0,1206

7,49

7,11

El primer punto, mínima resistencia lo encontramos en la columna Cd, su valor mínimo nos mostrará el ángulo de ataque, alfa, al que tendríamos que volar para desplazarnos a la máxima velocidad, en este caso para alfa = -2 grados. Este ángulo de ataque es el de referencia para salir rápidamente de las descendencias.

El segundo punto, máxima fineza lo encontramos en la columna Cl/Cd, representa el mejor coeficiente de planeo y en este caso para un ángulo alfa de 5 grados. Esta configuración es la necesaria para recorrer la mayor distancia posible.

El tercer punto, mínima velocidad de descenso se obtiene de la última columna, a un ángulo de ataque de 6 grados. La mínima velocidad de descenso se obtiene generalmente a ángulos de ataque mayores que los necesarios para el mejor coeficiente de planeo. Es la configuración ideal en modo permanencia en aire neutro.

El cuarto punto, velocidad de pérdida, se determina por el máximo en Cl, a partir de 1,08 el Cl disminuye mientras el Cd sigue creciendo, lo vemos muchísimo mejor en la gráfica de Cl en función del ángulo de ataque alfa.

clip_image002

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Polar obtenida de Profili2 www.profili2.com

Por último, podemos comprobar lo visto numéricamente analizando la polar y gráfica del coeficiente de sustentación en función del ángulo de ataque del perfil.

Gráficamente vemos que la mínima resistencia (mínimo Cd) está con un Cl de -0,1 (numéricamente habíamos obtenido 0,0905) a un ángulo de ataque de -2 grados. Punto de color azul en la polar y en la gráfica.

También vemos que la máxima fineza (tangente a la polar trazada desde el origen) está aproximadamente a un Cl de 0,75 (numéricamente se había obtenido 0,7507). Punto de color verde en la polar y en la gráfica.

El punto de mínima velocidad de descenso solo lo obtenemos numéricamente, que resultó ser el punto de color rojo en la polar y en la gráfica.

La velocidad de pérdida se lee directamente de la gráfica de Cl en función del ángulo de ataque alfa, puede verse que a partir de 9 grados de ángulo de ataque, con un Cl de 1,1 el perfil pierde sustentación y aumenta su resistencia, entrando en pérdida, no interesa llegar a este punto.

Estos son valores del perfil en un estación concreta del ala y a un número de Reynolds determinado, para el ala habría que estudiar cada uno de los perfiles que la componen a su número de Reynolds, y considerar las resistencias parásitas e inducidas.

Dejo para otra ocasión el cálculo de la mínima velocidad de descenso, una vez sabido que Cl3/2/Cd = 45,37 (asumiendo una carga alar de 25 gr/dm2 se obtendrá, para Re=100.000, un valor teórico para este perfil de 0,14 m/s, que ya nos gustaría poder alcanzar).