Stampi per Heavy Carbon
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PREFAZIONE
La progettazione di questo aliante è nata dalla voglia che avevo di un aliante da 2 metri che fosse molto robusto e soprattutto veloce. Fra l'altro, al contrario dell'F3K, in cui costruisco quasi tutti i miei modelli (2010) per il pendio non avevo nulla di COMPLETAMENTE MIO (escluso un paio di tuttala).
Il seguente articolo descrive la realizzazione di master e stampi per l'Heavy Carbon, la realizzazione del modello è invece a questo indirizzo: LINK
Quasi tutte le mie ali sono in polistirolo rivestito. Ho un'ottima TGA, costruita in associazione con Massimo Carnevale, che è assai precisa e collaudata. Le ali in poli rivestito però hanno tanti vantaggi, ma anche svantaggi. Sicuramente lo svantaggio più grosso è quello dei difficili provvedimenti da adottare, in zona longherone, per avere una superficie al pari con la superficie alare, senza troppi bozzi o buchi. Inoltre il procedimento comporta una serie di passi da effettuare con precisione, un qualsiasi errore porta alla realizzazione di un'ala difettosa. Per esempio, basta un'imprecisione di pochi mm nel longherone per dover ristuccare tutta la zona e quindi dover riverniciare, con possibili problemi di bilanciamento laterale o peggio, di semiali diverse l'una dall'altra. Oppure, visto che, per le mie ali in poli, io vernicio sul supporto (polycristal) secondo questa tecnica, basta che, per errore, il supporto si pieghi su sè stesso impiastricciando tutta la vernice e sono costretto a rifare parte del lavoro. Inoltre, le delaminazioni, soprattutto in zona cerniera, sono facili. Da un altro punto di vista, è possibile ogni volta, in poco tempo (relativamente!) sperimentare un'ala nuova. Gli stampi hanno invece il vantaggio della ripetibilità (che è anche uno svantaggio, se vogliamo, se lo stampo non è riuscito), ovvero se un modello mi viene bene, ne posso fare un altro che volerà come il primo. Un altro vantaggio degli stampi è la velocità, ovvero una volta fatto lo stampo, fare un'ala è questione di settimane, non mesi. Lo svantaggio degli stampi è il costo (uno stampo contiene qualche centinaio di euro di materiali, escludendo la fresatura), e il tempo per la realizzazione, se lo stampo lo si fa da sè, come ho fatto io. In effetti il 2009 mi sono dedicato solo a un modello mio, oltre a preparare questi stampi.
Su un forum tedesco avevo letto un interessantissimo articolo a proposito della costruzione di un aliante in stampo, il PACE DS:
http://www.rc-network.de/forum/showthread.php?t=53733
Pertanto ho pensato di procedere anche io alla costruzione dello stampo, allo stesso modo dell'autore del PACE DS, quindi ala in poli rivestito e una fuso sottile.
L'obiettivo era quindi costruire un aliante molto veloce, con profilo sottile, molto robusto e completamente in carbonio. Sono partito da un'idea: MG06, lo stesso del Banana e di altri modelli Baudis. L'MG06 è un profilo sottile (7.39%), con spessore massimo al 25% e superfici mobili da porsi al 30% della corda. Insomma una bella rogna...
Per prima cosa ho progettato una pianta alare. Non avevo il vincolo del numero di rastremazioni, la taglia polistirolo a controllo numerico è mia, quindi potevo impazzire quanto volevo per il taglio. Ho avuto, per lungo tempo, un aliante veramente divertente, questo: LINK , corde strette e volo teso. Ho quindi scelto corde abbastanza strette: la corda massima è 190mm.
Ho quindi disegnato una semiala in 4 tronconi, al CAD, per approssimare il più possibile una pianta ellittica. Ho provato a disegnarla anche in 5 tronconi, senza miglioramenti, visto che la pianta adottata è abbastanza semplice. La prima parte è a freccia leggerissimamente negativa, la seconda a freccia un pò più positiva.
Altro capriccio, che mi ha costretto a fare casini con la costruzione, è stata la costruzione di winglet sulle estremità.
Quindi diedro di 1,5° e winglet alzate di altri 15 mm.
Philipp Kolb è stato chiaro qui , suggerendo il metodo migliore (per lui!) su come progettare un'ala. Visto che la lettura di questo articolo mi ha convinto, ho cercato di fare lo stesso, ovvero, questo:
It is important to pay attention to the zero lift angles, the momentum of the airfoils, and the characteristics of the Cl/ a - curve are not varying very much between the sections. I think Dr. Drela and Frits Donker Duijvis were the first to understand the importance of this concept for model airplane design.
Anche qui compare il nome di Drela, non è un caso!
La caratteristica dei profili cambia lungo l'apertura alare. Dopo ripetute prove con Profili e soprattutto XFLR5, sono giunto ai profili modificati che compaiono nell'immagine di sopra. Quindi MG06 originale per la prima sezione (1.94;7.39) che evolve linearmente fino all MG06mod (1.7;6). Quindi lo spessore arriva al 6%, come un dlg!
Quanto fatto per i profili all'estremità non bastava ad eliminare la tendenza allo stallo d'ala, allora sono ricorso a un bassissimo svergolamento sull'estremità. l'1% di svergolamento sulla corda da 78mm dell'estremità significa 1.4mm di differenza di incidenza fra BE e BU. Così poco cambia così tanto...
E infatti i grafici sembrano buoni...
Questo grafico mostra dati teorici molto buoni:
velocità di caduta a 10m/s= 50 cm/secondo
a Cm=0 velocità 25m/s
efficienza massima di 25 a 12m/s
Il taglio è avvenuto portando gli assi della mia CNC a una distanza di 400mm, in maniera tale da tagliare, con maggiore precisione, pannelli corti.
Dopo varie prove di taglio e molte misure al calibro, sono riuscito nell'intento di avere dei tronconi con sezioni di contatto fra tronconi praticamente identiche In questa foto non avevo ancora rifinito i pannelli, ma il taglio è così perfetto che non è servito operare correzioni col tampone.
Ecco come ho ottenuto le winglet, inserendo delle ellissi, sempre tagliati con la TGA, dentro scanalature della controsagoma.
Le winglet, affinchè mantengano la curvatura, vanno fibrate a parte con la controgagoma posta sottovuoto. In questo modo il vuoto eserciterà una pressione costante contro le controsagome e non si avranno svergolature nocive.
Questa costruzione di legno è simile a quella usata per costruire la prima metà dello stampo:
Costruzione della seconda metà dello stampo. Per contenere i pesi e il consumo di resina, ho usato una grossa quantità di scampoli di carbonio al posto della fibra di vetro. Nonostante questo, lo stampo pesano oltre 20 Kg.
Ecco il forno che uso di solito, ricavato con pannelli da edilizia. Il forno è componibile ed è lungo, internamente, da 1,25 a 2,5 metri. Sul fondo dello stampo vi è un foglio di materiale espanso per l'isolamento col terreno. All'interno, due lampadine da 100W l'una, portano la temperatura dello stampo ad oltre 40°.
Stampo ultimato con l'ala già pronta.
Ecco come ho fatto lo stampo della parte di fuso che dovrà ospitare la presa RS232:
Progettazione della fusoliera:
Il master della fusoliera in parte è ricavato da una fusoliera commerciale (parte posteriore), in parte è stato realizzato in maniera da adattarsi all'ala tutta un pezzo realizzata.
Ecco una foto della mia CNC intenta a tagliare un profilo di una fusoliera:
Ecco il pannello di truciolato laccato usato per ricavare la prima metà dello stampo:
Riempio i fori fra master e truciolato con cera e saldatore da stagno al quale ho attaccato una placchetta metallica.
Stampo della fusoliera finita.
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