Weight & balance или "следствие ведут колобки"

[AnPetrovich]

Всем привет!

 

По следам очередного детективного расследования в поисках исторической истины захотелось поделиться с комьюнити "типичной проблематикой" и предложить решить ребус... 

 

Мы (разработчики) довольно часто сетуем на тот факт, что в открытом доступе очень много противоречивой информации о технических характеристиках самолётов, которые мы виртуально воссоздаём. Более того, регулярно и очень много приходится сталкиваться с несостыковками информации в технических отчётах (что уж говорить о мемуарах). Часто противоречивая информация содержится буквально на соседних страницах одного и того же документа - я за свою инженерную практику встречал такое много раз, даже в современной конструкторской документации по современным самолётам. А иногда бывает и так, как в нижеследующем примере - несостыковки присутствуют прямо на одном и том же листе технического отчёта.

 

Вашему вниманию представлена страница из "Отчёта по контрольным испытаниям серийных самолётов Як-7Б № 2241 с форсированным мотором М-105ПФ и №2203 с мотором М-105ПА производства завода №153", НКО СССР НИИ ВВС, утверждённого 23.07.1942г.

 

 

Всем заинтересованным предлагается попробовать свои силы:

 

1) В поиске очевидных ошибок.

 

2) В расчёте горизонтальных плеч (по оси ОХ ССК) в центровочной схеме для следующих компонентов:

 

а) лётчик с парашютом + масло

б) БК

в) 100% топлива

г) 15% топлива

 

За начало координат для удобства предлагаю принять переднюю точку САХ крыла.

Длина САХ: 1930 мм, установочный угол крыла 0°.

 

Найденные плечи должны удовлетворять центровкам во всех представленных вариантах загрузки.

Про противокапотажный угол и вертикальные координаты ц.м. я даже не заикаюсь, там ещё веселее...

 

Данная задачка является очень хорошим и показательным примером того, с какими проблемами сталкиваются разработчики тру-симуляторов практически каждый день... 

[AnPetrovich]

А, ну и когда в результате решения п.2 вдруг подумается, что ошибка, видимо, найдена, и центровка не совпадает только в одной строке - предлагаю ознакомится со следующей страницей этого же документа:

 

 

 

[Wolf_just_wolf]

Ну очевидная ошибка - строка с боезапасом но без бензина. Там откуда-то лишние 200 кило БК взялись. Разве что посчитан пилот  и масло как неотъемлемая часть (что в общем логично) , но даже тут не совпадает на насколько кило.

Изменено 26 октября 2017 пользователем Wolf_just_wolf

[DeadlyMercury]

Почему, там все правильно. Это пустой + масло + бк + пилот или полный - бензин. Я вижу расхождения на 1-2 кг по табличке.

https://docs.google.com/spreadsheets/d/1FYWogOcd5ZcnTHH1E8JEfJNTp_-px8EPutkDeVdykZM/edit?usp=sharing

 

Видимо надо центровку считать)

Изменено 26 октября 2017 пользователем DeadlyMercury

[Wolf_just_wolf]

Почему, там все правильно. Это пустой + масло + бк + пилот или полный - бензин. Я вижу расхождения на 1-2 кг по табличке.

https://docs.google.com/spreadsheets/d/1FYWogOcd5ZcnTHH1E8JEfJNTp_-px8EPutkDeVdykZM/edit?usp=sharing

Вообще да. Но все равно там очень интересная манера округлять в большую сторону на 1,5-2 кило. 

[Makz]

На первый взгляд это 3 и 7 строка - без бензина с патронами, но с пилотом 15,2%, а пустой самолет 15,5%, (вроде как центровка смещается назад как при наполняемом).

Но пустой это совсем без всего и масла в том числе. 

[DeadlyMercury]

Если в пустой самолет посадить пилота (который вроде как должен сидеть сзади ЦМ) - то центровка должна уехать назад.

Но если при этом налить масло в двигатель, который впереди ЦМ - тут "на пальцах" нельзя сказать, куда центровка поедет. Точнее она точно поедет вперед, но обгонит ли она центровку пустого самолета - не понятно.

 

В общем "очевидных ошибок" я не вижу и это печально

Изменено 26 октября 2017 пользователем DeadlyMercury

[AnPetrovich]

В общем "очевидных ошибок" я не вижу и это печально

Ну, очевидные нестыковки - это:

 

Я вижу расхождения на 1-2 кг по табличке.

А чтобы увидеть не очевидные -

 

Видимо надо центровку считать)

По другому, "на пальцах" мы Му-Му не утопим ))

 

Ну и призовая игра, для тех кто посчитает плечи - это найти вертикальные координаты для перечисленных выше компонентов. В качестве награды гарантируется весёлый смех сквозь слёзы...

[STOIKIY]

Петрович! Не правильно комьюнити зазываешь!  Надо было написать так: Пробуйте свои силы, кто найдёт истину и сможет немножко облегчить головную боль разработчиков.
Тем бесплатные самолёты Ла5ФН и G6  

[AnPetrovich]

Петрович! Не правильно комьюнити зазываешь!  Надо было написать так: Пробуйте свои силы, кто найдёт истину и сможет немножко облегчить головную боль разработчиков.

Тем бесплатные самолёты Ла5ФН и G6

 

У разработчика голова уже устала болеть и отвалилась, так что нам эта тема уже не поможет.

Это я вам исключительно для интересу данную тему подкинул, как говориться, "гайку пожевать", влезть в шкуру и т.п.

 

А инерционно-массовая модель (ИММ) Як-7Б уже собрана, посчитана и утверждена в граните.

 

(ИММ пилота считается отдельно)

 

Итоговое расхождение по центровкам с данным референсом по двум строчкам не превышает 0.4% (9 мм), по ПКУ до 0.8°.

По остальным строчкам центровка совпадает с точностью 0.05% (до 1 мм), по ПКУ до 0.1°.

При этом все перечисленные выше компонеты находятся на своих штатных местах, без оголтелого волюнтаризма, как в референсе (кто посчитает, поймёт о чём речь).

Ну и масла вам зальём на 7.8 литра побольше, будет не 28 кг, а 35, то есть стандартная заправка.

[ROSS_BerryMORE]

Центровка вперед уедет же) от лишнего масла. Давайте анлоком количество масла

[AnPetrovich]

Не боись, зато мы фару и РПК-10 снимем, и дадим их как раз анлоком.

[schnaps]

Не боись, зато мы фару и РПК-10 снимем, и дадим их как раз анлоком.

Ещё бы надо для точной центровки  - лётчик пообедамши или без завтрака.

[schnaps]

 

А инерционно-массовая модель (ИММ) Як-7Б уже собрана, посчитана и утверждена в граните.

 

 

А можно уточнить: на схеме радиостанция только с приёмником или  приёмник+передатчик?

[AnPetrovich]

А можно уточнить: на схеме радиостанция только с приёмником или  приёмник+передатчик?

 

А это зависит от того - лётчик пообедамши или без завтрака. 

 

Ну а если серьёзно, то для расчёта ИММ использовались данные по радиостанции РСИ-4. Её вес 15 кг указан для Як-7 №2202 в "Отчёте о совместных НИИ ВВС КА и ЛИИ НКАП контрольных испытаниях серийных самолётов ЛаГГ-2, Як-1 и Як-7 с моторами М-105П и М-105ПФ", 10.06.1942г., и такую же цифру я нашёл в "Заключении по заводским испытаниям самолёта Як-1 №2029", НИИ ВВС, 21.09.1941г., но без указания типа рации. Входил ли в её состав передатчик или нет - я не знаю, не разбирался. Других цифр в документах не встречал. Можно, конечно, поискать по документам, когда на эти самолёты начали ставить передатчики, но для расчёта ИММ в этом нет необходимости. У нас в любом случае детализация ИММ, как видно из рисунка, не до последнего прям болта: много что упрощено, многие детали вообще отсутствуют. Поэтому распределение масс не 1-в-1, конечно, с реальным самолётом, не говоря уже про то, что все самолёты IRL тоже разные, двух одинаковых не найти. Тем не менее точность вычисления общей развесовки и моментов инерции по осям (а точнее 6-ти компонентного тензора инерции) вполне достаточная для того, чтобы самолёт обладал правдоподобной динамикой, и вёл себя в симуляторе именно как Як-7Б. Ну а массы компонентов, центровки и положение ц.т., как я написал выше, совпадают с референсами практически идеально, с точностью до граммов и миллиметров.

[schnaps]

А это зависит от того - лётчик пообедамши или без завтрака. 

 

Ну а если серьёзно, то для расчёта ИММ использовались данные по радиостанции РСИ-4. Её вес 15 кг указан для Як-7 №2202 в "Отчёте о совместных НИИ ВВС КА и ЛИИ НКАП контрольных испытаниях серийных самолётов ЛаГГ-2, Як-1 и Як-7 с моторами М-105П и М-105ПФ", 10.06.1942г., и такую же цифру я нашёл в "Заключении по заводским испытаниям самолёта Як-1 №2029", НИИ ВВС, 21.09.1941г., но без указания типа рации. Входил ли в её состав передатчик или нет - я не знаю, не разбирался. Других цифр в документах не встречал. Можно, конечно, поискать по документам, когда на эти самолёты начали ставить передатчики, но для расчёта ИММ в этом нет необходимости. У нас в любом случае детализация ИММ, как видно из рисунка, не до последнего прям болта: много что упрощено, многие детали вообще отсутствуют. Поэтому распределение масс не 1-в-1, конечно, с реальным самолётом, не говоря уже про то, что все самолёты IRL тоже разные, двух одинаковых не найти. Тем не менее точность вычисления общей развесовки и моментов инерции по осям (а точнее 6-ти компонентного тензора инерции) вполне достаточная для того, чтобы самолёт обладал правдоподобной динамикой, и вёл себя в симуляторе именно как Як-7Б. Ну а массы компонентов, центровки и положение ц.т., как я написал выше, совпадают с референсами практически идеально, с точностью до граммов и миллиметров.

Если понадобится по радиостанциям, то вот

http://www.rkk-museum.ru/documents/archives/archives1.shtml#spr-w

[AnPetrovich]

Спасибо!

[=E95=DenLarik]

А баки заложены, или в центре масс?

[AnPetrovich]

А баки заложены, или в центре масс?

Сами топливные баки (как объекты) - расположены в ИММ и в collision (для определения попаданий по ним) там, где им и положено быть (на картинке выше они присутствуют).

 

А вот топливо, ввиду текущих ограничений функциональной схемы ТС, о которых я писал здесь - оно объединено в 2 условных бака: один это сумма консольных ТБ (№1 + №4), а второй это сумма центральных ТБ (№2 + №3).

 

Таким образом координаты центров объёмов этих условных баков по осям ОXс и ОYс ССК соответствуют исходным четырём бакам, общий ц.м. топлива тоже (в силу симметрии ТС), то есть остаток топлива и его расход правильным образом влияет на центровку, ПКУ, главный момент инерции по тангажу и на все три центробежных момента инерции. Но с учётом того, что нету разноса массы топлива по оси OZс (всё топливо находится в условной вертикальной плоскости симметрии самолёта OXYс), это несколько занижает главные моменты инерции по крену (на 19.8%) и по рысканию (на 7.6%) для снаряжённого и полностью заправленного самолёта. Для заправленного на 50% (207.5 литров), с учётом одновременной выработки топлива из центральных и консольных баков моменты инерции оказываются заниженными по крену на 11%, по рысканию на 4%. Заметить это влияние в игре на угловое ускорение (не на угловую скорость вращения, а именно на ускорение, то есть на то, с каким темпом происходит раскрутка и остановка вращения) практически невозможно. Но как я и писал здесь, устранение этого ограничения и расширение функционала ТС есть в планах.

[ROSS_Pups]

Спасибо за Як-7б, пощупаем-с!

 

А что с циркулями в соседней ветке? что-то там заглохло, а "балерина" имеется. Круговерти стало меньше, но гружёный ил-2 все равно целый круг выписывает, если упустить.

[AnPetrovich]

Ответил.

[Makz]

Как-то так )))

масса патронов где то в метре в районе над двигателем

 

[AnPetrovich]

Комраду Makz'у снова решпект за детальный подход!

 

Горизонтальные плечи по топливу и лётчику + масло определил +/- пара миллиметров верно, а вот с БК у меня расчёт даёт 640 а не 1006. Видимо поэтому у тебя и получился БК в метре над мотором.

 

Но вот вертикальные координаты топлива - у меня просто туши свет. Не считал?

А если посчитать топливо не только для 100% но и для 15% то вообще хрень полная...

 

Ну и для полноты картины предлагаю посчитать с учётом найденных плеч центровку снаряжённого самолёта.

[Makz]

Комраду Makz'у снова решпект за детальный подход!

 

Горизонтальные плечи по топливу и лётчику + масло определил +/- пара миллиметров верно, а вот с БК у меня расчёт даёт 640 а не 1006. Видимо поэтому у тебя и получился БК в метре над мотором.

 

Но вот вертикальные координаты топлива - у меня просто туши свет. Не считал?

А если посчитать топливо не только для 100% но и для 15% то вообще хрень полная...

 

Ну и для полноты картины предлагаю посчитать с учётом найденных плеч центровку снаряжённого самолёта.

Не )))

Ну тут явно что-то не то пошло. Я дальше ничего не считал.

ИМХО, есть пустой планер, его центровка известна. От этого и плясать.

 Дальше мы знаем где, какого объема и формы предметы находятся и "запихивать" туда центры масс. 

Наверное вы так и решили. 

Спасибо за скрин Як-7Б. 

Интересно что там у него внутри будет.

Изменено 27 октября 2017 пользователем Makz

[AnPetrovich]

Ну собсно технология расчёта ИММ на основе раздачи плотностей (масс) по объёмам 3D элементов - она у нас ещё с RoF-а.

Тут степень детализации зависит исключительно от подробности 3D модели, используемой для расчёта ИММ - которая, в свою очередь, делается (специальным образом адаптируется под расчёт тензоров) из той 3D модели, которую вы видите в игре.

 

А дальше - на основе имеющейся информации по документам, а также используя империку и известные методики оценки масс там, где точных исходных данных нет - все эти плотности по всем элементам настраиваются так, чтобы вогнать общий ц.м. самолёта в нужные координаты, и чтобы итоговая центровка правильно зависела от загрузки, заправки и пр.

[AnPetrovich]

К слову о реалиях и радиостанциях:

 

[SDV_ZoZo]

Сами топливные баки (как объекты) - расположены в ИММ и в collision (для определения попаданий по ним) там, где им и положено быть (на картинке выше они присутствуют).

 

А вот топливо, ввиду текущих ограничений функциональной схемы ТС, о которых я писал здесь - оно объединено в 2 условных бака: один это сумма консольных ТБ (№1 + №4), а второй это сумма центральных ТБ (№2 + №3).

 

Возможно в этом причина интересного эффекта, который я на Либерти поймал, летая на ла-5. При попадании в крыльевой бак, наблюдал одну струйку выбегающего топлива, но при этом потерял 70% топлива (предположительный остаток в баке, стрелка в упор стояла, а перед вылетом брал 100%) до остановки двигателя за 30-40 сек.

[AnPetrovich]

Так точно, в этом.

[schnaps]

К слову о реалиях и радиостанциях:

 

РСИ-4.JPG

В первом сообщении данной темы есть указание, что радиостанция с односторонней связью (т.е. только приёмник).