Kerbal space program как построить самолет

Обновлено: 05.07.2024

Исследуя KSP-wiki на тему самолетов с вертикальным взлетом - я наткнулся на тот факт что самый быстрый самолет в KSP (опять-таки согласно вики,и эта инфа уже устарела,благодаря мне :) ) летает со скоростью 2377 м\с.Собственно это довольно большая скорость но мне захотелось большего ибо мои кербонавты всегда опаздывают на работу.Ну приступим.

Zephyr-1S - это сверхзвуковой самолет четвертого поколения (этому крафту предшествовали три других попытки самолетов,на сайте их нет и заливать их не имеет смылсла - обыкновенные самолеты).Его максимальная скорость - 2458 м\с.Или семь скоростей Маха,довольно много не так-ли?Правда недостаточно много,и исходя из комментариев я убрал фразу "Самый быстрый самолет в KSP,ибо по утверждению "знатоков" - можно лететь более 10000 м\с в атмосфере - господа - удивите меня,или я все-таки верну пометку "Самый быстрый самолет KSP",кстати именно самолет - на джетах,а не на других движках.

ТТХ,но не полное - ибо я разбираюсь в КСП примерно так же как обезьяна в автомате Калашникова.
Детали - 28 шт.
Вес - около 5 т.
Максимальная скорость - 2458 м\с
Взлетная скорость - 80 м\с

Самолет стоит не очень дорого - где-то 24000 валюты,но глядя на скрины понятно почему,собран самолет без клиппинга и прочего,летает хорошо и стабильно (проверено экспериментально).ИМХО - выглядит довольно стильно.В общем - если вы постоянно опаздываете на работу или кто-то из ваших подопечных кербонавтов - купите этот самолет и вы всегда успеете вовремя.

— Мне нужен самолёт, — выпалил я прямо с порога. Билл поднял глаза от чертежей и ничего не сказал. Только слегка улыбнулся.
— Мне нужен самолёт, который сможет полететь в космос.
Джебедайя Керман, «Отрыв!»

ВНИМАНИЕ: данный материал несёт потенциально опасную информацию для людей, предпочитающих до всего доходить своими силами и знаниями.

Космоплан Spacer I собран на основе существующей в игре стандартной модели Aeris 4A. Как любой космический аппарат, на старте он состоит преимущественно из топлива. В основе корпуса — ракетные баки. У него два турбовинтовых двигателя для полёта в атмосфере и один ракетный для выхода на орбиту. Авиадвигателям для работы нужен воздух, поэтому на корпусе установлены воздухозаборники.

Также самолёт оснащён стыковочным модулем, маневровыми RCS-соплами и системой аварийного спасения, описанной ранее.

Я не изучал теорию авиастроения (да и аэродинамика в игре реализована на очень примитивном уровне) и путём экспериментов пришёл к выводу: самые устойчивые и управляемые самолёты в KSP получаются, когда центр приложения подъёмной силы находится чуть-чуть позади центра тяжести. Их отображение можно включить кнопками в нижнем левом углу экрана конструктора.

Если центр тяжести зависит исключительно от массы использованных деталей и его особо не подвинешь, то положение центра приложения подъёмной силы можно легко изменять. Детали в конструкторе можно поворачивать на малые углы при зажатой кнопке Shift. Маленький поворот хвостовых стабилизаторов, например, приводит к сильному смещению центра подъёмной силы.

Для повышения управляемости можно установить дополнительные стабилизаторы на нос самолёта, но слишком резко разворачивающийся самолёт может закувыркаться и свалиться в штопор.

Я не использую джойстика и летаю с помощью клавиатуры. В полёте у меня постоянно включена автостабилизация (T), а маневры я совершаю, кратковременно отключая её нажатием клавиши F. Этот способ подходит всем нормально сбалансированным самолётам.

включение/выключение авиадвигателей
включение/выключение ракетного двигателя
закрытие/открытие воздухозаборников и выключение авиадвигателей

Итак, взлетаем на авиадвигателях без использования ракетного. В момент отрыва от полосы постарайтесь не оторвать заодно и движки. Катастрофы на малых высотах — самые опасные, и даже катапультирование может не спасти пилота. Если всё же придётся отстреливать кабину, сразу активируйте парашюты переключателем ступеней (Space).

Хотя Spacer I можно использовать для простых атмосферных полётов и запас хода у него довольно велик, из-за груза окислителя на борту он всё-таки тяжёловат и летает небыстро.

До высоты примерно 13 000 метров сюрпризов не будет, а дальше начнётся интересное. С высотой воздух становится всё более разреженным, его всё меньше попадает в воздухозаборники, а двигателям нужно его непрерывное поступление. На вкладке ресурсов отображено значение засасываемого потока, и когда оно упадёт ниже 0.10, неприятности могут начаться в любой момент.

Если двигатели «задохнутся», они характерно чихнут, выпустят сноп искр и заглохнут. Проблема в том, что обычно прекращает работу один из двигателей. Тяга второго закручивает самолёт в плоский штопор, он тоже теряет поток и тоже глохнет. Самолёт весело крутится и падает. Управление обычно удаётся вернуть на высоте нескольких километров или вообще не получается — тогда привет, катапультирование.

Как обеспечить работу двигателей на большой высоте? Мы компенсируем разреженность атмосферы скоростью. Там, на высоте, сопротивление воздуха гораздо меньше, и самолёт может разогнаться до недостижимых у поверхности скоростей. Вместе с этим сохраняется и необходимый для «дыхания» движков входящий поток воздуха.

Таким образом, после отметки в 13 000 метров снижаем темп набора высоты и разгоняемся. Если всё пойдёт хорошо, космоплан достигнет скорости примерно 1100 м/с к отметке высоты 22 000 метров. Обратите внимание, что чем сильнее разгоняется самолёт, тем ленивее он реагирует на управление. Следите за показателями потока воздуха. Если они переходят критическую отметку, лучше раньше начать следующую фазу разгона, чем сорваться в штопор.

Теперь активируем ракетный двигатель и снова задираем нос под углом 40-45 градусов к горизонту. Скорость продолжит расти, но с набором высоты авиадвигатели неизбежно заглохнут, поэтому нам нужно самим вырубить их заранее — закрываем воздухозаборники. Лишённые воздуха движки заглохнут одновременно, не сбивая курс космолёта. Обратите внимание, что вместе с закрытием воздухозаборников нужно отключить авиадвигатели, иначе они будут впустую сжигать горючее.

Дальше всё просто. По достижении скорости где-то 1800 м/с загляните на карту. Скорее всего апогей орбиты уже находится выше отметки 70 км — значит траектория приводит нас за пределы атмосферы. Стоит временно заглушить двигатель и подождать верхней точки. В апогее делаем финальное зажигание параллельно поверхности Кербина, пока перигей не поднимется выше 70 км. Скорость при этом достигнет 2200 с небольшим м/с.

Поздравляю, самолёт на орбите, и у нас скорее всего даже осталось чуть-чуть топлива на случай, если захочется вернуться в атмосферу. Впрочем, горючего может и не остаться. После выхода на орбиту эта модель космоплана требует дозаправки.

Интересующиеся могут сами попробовать полетать на Spacer I. Но лучше соберите свой космолёт — уверяю, вы получите куда больше удовольствия, когда собственное творение отправится в космос.

Было уже несколько туториалов на эту тему. Вот ещё один. В картинках. :)
Оригинал.

Картинки кликабельны, так что если шрифт мелковат из-за сжатия, то можно открыть полноразмерные.

Автор: hitzu

Если вас незаслуженно назвали злодеем, вернитесь и заслужите.

Спасибо за вашу оценку! Узнайте, на что она влияет.

Поддержите ММОзговед через Patreon

Текущая поддержка: $390 из $500 в месяц

Ближайшая цель: Спасибо за вашу поддержку! Чем больше денег будет собрано, тем больше будет ежемесячный фонд вознаграждения авторов и наши возможности по развитию проекта. 500 — это важное достижение для нас.

2 комментария

Avicorn
17 декабря 2013, 03:16

О, молодца, а я поленился делать перевод.

hitzu
17 декабря 2013, 03:23

Я только надеюсь, что не перемудрил с авиа терминами. %)

Kerbal Space Program

54 читателя · 211 заметок · RSS

Прямой эфир

Atron · 11 октября 2021, 09:58

Xornet · 8 октября 2021, 23:30

Rigeborod · 7 октября 2021, 16:43

Nuntius · 7 октября 2021, 12:57

ММОзговед

Все об онлайновых виртуальных мирах для тех, кто не боится размышлять.
Мы ориентируемся на взрослую аудиторию любителей MMO. Здесь каждый может поделиться своими впечатлениями о любимом мире, мыслями о тенденциях в жанре, идеями о том, как сделать лучше, и рассуждениями о нас - игроках.

Вопрос проведения теоретических занятий для школьников по авиационному профилю может стать головной болью для преподавателя, а может подвигнуть его на творческие дела в плане разнообразия теоретического курса. Мой опыт преподавания занятий в тренажерном классе в качестве инструктора – тренажера планера для школьников побудил меня к такому поиску.

Вряд ли школьникам будут интересны теоретические выводы уравнения Бернулли, а также законы Гей-Люсака и Бойля-Мариотта вместе взятых. Гораздо интереснее показывать что-то на практическом примере, например, запустить планер и объяснить, почему он летит именно по такой траектории, а не по другой. Именно с этим вопросом столкнулся ваш покорный слуга, когда сочинял теоретические лекции для курса «Основы пилотирования самолёта через планер», связанный с полётами на планерном тренажере.

Практическая аэродинамика с помощью KSP

KSP – это игра, в которой игроки создают и управляют своими собственными космическими программами. Строительство челноков, управление ими и запуск миссий в открытый космос – вот пространство для творчества в KSP.

Хотите построить ракету и облететь планету, пожалуйста, есть все необходимые инструменты. Вопрос в другом: хватит ли топлива, выдержит ли шасси при посадке, туда ли опустится спасательная капсула. Вообщем все вопросы технического плана, а также самостоятельного управления построенными летательными аппаратами, игроку придется брать на себя. При желании ещё можно обременить себя финансовым бременем, и получать субсидии на космонавтику взамен на полезные исследования разного уровня. В качестве перспектив для развития есть возможность осуществить выход человека в открытый космос, создать космическую станцию, а даже основать колонию-поселение на другой планете.

Одно из дополнений к игре связано с созданием самолётов: собрать самолёт из отдельных частей, запустить и посмотреть, что из этого получится. Свобода творчества и, в результате, понимание законов аэродинамики. Поскольку после нескольких неудач на посадке конструктор начнет думать головой по поводу усиления стойки шасси, либо облегчения конструкции.

Если кому-то интересно, вот так выглядит урок по созданию самолёта:

Игра постоянно обновляется. Обновления и нововведения происходят возможно даже сейчас, а на сайте лежит новый мод, когда вы читаете эти строки. Для знакомства с программой достаточно скачать с сайта игры демоверсию.

Что такое центр давления и почему его сравнивают с центром масс

Прежде чем перейти к моделированию самолетов стоит немного погрузиться в теорию аэродинамики. Размышления на эту тему уместно начать с вопроса: «Что такое центр давления?». Центр давления – это точка, к которой приложена суммарная подъемных сил разных частей самолёта: крыльев и хвостового оперения.

На рисунке показаны аэродинамические поверхности, которые создают подъемную силу. Суммарная подъемная сила находится в точке, которая называется центром давления.

В том случае, если центр тяжести будет находиться слишком близко к центру масс, летательный аппарат может стать чрезмерно маневренным (другими словами «нейтрально стабильным»), поскольку у него будут отсутствовать естественные тенденции к стремлению двигаться в любом направлении. Вообще желательно стремиться к тому, чтобы центр давления находился позади центра тяжести. В этом случае летательный аппарат будет стремиться падать вперед.

Чем дальше центр давления (Ц.Д.) находиться позади центра масс (Ц.М.), тем сильнее тенденция аппарата к полёту вперед (от Ц.Д. к Ц.М.).

Правила центров

Если Ц.Д. впереди Ц.М., то летательный аппарат подвержен внезапным переворотам, если Ц.Д. и Ц.М. совпали, то летательный аппарат имеет чрезмерную маневренность, если Ц.Д. находится немного позади Ц.Т., то летательный аппарат будет иметь высокую маневренность, если немного подальше, то в полёте будет появляться большая устойчивость, если сильно дальше, то получится дротик для дартс.

Если взять картонную модель самолета и подвесить его на нитке к потолку, то точка, в которой самолёт крепится к нитке, и будет являться центром давления.

Если вы строите летательный аппарат, у которого Ц.Д. находится сильно впереди Ц.М., то это очень близко походит на крепление носа самолёта за нитку. Каждый раз при взлете он будет стремиться перевернуться вверх носом. В то же время, если Ц.Д. у самолёта находится несколько ниже Ц.М., то при взлёте летательный аппарат будет стремиться перевернуться вверх тормашками.

Местоположение и ориентация подъемных поверхностей определяет центр давления. К нему мы вернемся через некоторое время.… Но сначала перейдем к рассмотрению ещё одной потенциально важной силы и точки её приложения – центра тяги (Ц.Т.).

Центр тяги – это точка приложения всех суммарных сил тяги, действующих на летательный аппарат. Если у летательного аппарата один двигатель, то Ц.Т. будет находиться как раз в центре двигателя.
Все прекрасно, но только до тех пор, пока центр тяги вашего двигателя находится на одной линии с центром масс летательного аппарата. Что если это не так… В этом случае уместно говорить про несимметричную тягу.
Вот тут и начинаются различные конфузы:
Действие несимметричного центра тяги можно сравнить по действию с моментом от приложения гаечного ключа. Негативные последствия от такого вмешательства можно приуменьшить работой плоскостей управления или увеличением подъемной силы. Но здесь заключен подвох: эффективность аэродинамических поверхностей меняется в зависимости от высоты полёта и плотности воздуха.

Так что с изменением скорости и высоты полёта также должны меняться и другие характеристики летательного аппарата (например, с помощью системы автоматической стабилизации полёта САСП).
Именно поэтому у всех успешных проектов космических кораблей центр масс располагается на одной линии с центром тяги.
Рассмотрим подробнее плоскости управления летательным аппаратом: движущиеся узлы, которые позволяют управлять положением летательного аппарата. Все они действуют как рычаги на центр масс, причем, чем дальше точка приложения сил от центра масс, тем большее усилие можно создать.
Органы управления на рисунке – это элевоны, гибрид элеронов и рулей высоты. Контрольные плоскости создают подъёмную силу, но они также создают сопротивление воздуха. Элевоны уменьшают количество деталей, таким образом уменьшая суммарное сопротивление. Перебирая всевозможные варианты сочетаний плоскостей управления можно увидеть их плюсы и минусы.

Каждому самолёту свои крылья

Перейдем к магическому слову – крылья! Начнем знакомство с соотношения сторон: размах, поделенный на хорду (отношение длины и ширины).
Каждая из представленных схем летательных аппаратов имеет одинаковую площадь, но разную форму. Каждая форма имеет свои преимущества и недостатки. Эти различия становятся ещё более поразительными, если подключить модуль Ferram Aerospace Research, который будет показывать более реалистичную модель сопротивлений.

Автор предлагает использовать в программе KSP крылья с большим удлинением крыла, поскольку ими проще управлять и они структурно не сложнее крыльев с низким удлинением.

Вернемся к вопросу стреловидности крыльев: угол, под которым находится крыло по отношению к фюзеляжу. Все видели ловкие истребители, но на что на самом деле влияет стреловидность крыла.

Когда скорость самолёта становится близка к скорости звука, ударные волны становятся сверхзвуковыми. Стреловидность крыльев уменьшает сопротивление на околозвуковых скоростях, поскольку изгиб крыла уменьшает лобовое сопротивление, что можно увидеть по воздушному потоку.
Наикратчайшее расстояние между двумя точками – это прямая. Поскольку воздушный поток через стреловидное крыло проделывает больший путь, чем через прямое крыло и контур крыла, который пересекает поток, не выглядит как стенка, то ударных волн в случае со стреловидным крылом не создается.

Что касается игры KSP, то в стандартной версии эффект стреловидности не играет большого эффекта. Этим эффектом можно насладиться в дополнительной версии игры, которая называется Ferram Aerospace Research.

Идем дальше…. Рассматриваем крепление крыла и поперечный угол крыла, то есть угол наклона крыла. Если центр давления располагается над центром масс, то повышается устойчивость летательного аппарата. Перенос же крыльев наверх фюзеляжа создает стабилизирующий эффект для летательного аппарата, который носит название поперечного эффекта.

Следовательно, если центр давления располагается ниже центра масс, либо крылья переносятся вниз фюзеляжа, то самолёт становится более маневренный, но менее устойчивым в полёте.

Устойчивость летательного аппарата можно контролировать переносом крыльев выше – ниже относительно фюзеляжа, другими словами переносом центра масс.
Практическое применение комбинаций крыльев и центров масс:
Наконец, короткий экскурс в тему увеличения подъемной силы в игре KSP. Этого можно добиться следующим путём:

Добавить площадь крыльям
Увеличить скорость

Увеличение количества крыльев, как и их площади, приведет к увеличению лобового сопротивления и к замедлению самолёта, с одной стороны. С другой стороны, это приведет к снижению скорости сваливания и минимальной скорости полёта, а, следовательно, уменьшению взлетной и посадочной дистанций.

Слишком большое количество крыльев и плоскостей управлений приведет к тому, что летательным аппаратом придется сложнее управлять: малейшие колебания на ручке управления будут вызывать сильные изменения в направлении полёта. Масса самолёта и его желаемая крейсерская скорость полёта (сваливания) будут определять количество подъемных сил, требуемых для самолёта.
Чем круче угол атаки, тем больше подъемная сила. Но это правило работает до некоторых пор: «до критического угла атаки». После достижения критического угла аэродинамический поток начинает переходить в срыв, а самолёт теряет подъемную силу. В KSP угол атаки становится критическим при 20°, в зависимости от модели.

Кому-то может показаться: «Оно того стоит!». Но конструкция крыла становится сложнее и изменяется характер полёта. Крыло с положительным углом атаки имеет отличающиеся подъемные свойства по сравнению с горизонтальным крылом. Другими словами подъемная тяга у такого крыла становится гораздо больше, чем у крыла с горизонтальным расположением.
Поскольку основное крыло создает чрезмерно большую подъемную силу, по сравнению с хвостовым стабилизатором, пилоту придется опускать вниз рычаг управления самолётом или работать триммером на хвостовом оперении, но лишь бы не дать самолёту подняться вверх. И наоборот, ручку убирать на себя в том случае, если нос самолёта опуститься слишком низко.
В Kerbal Space Program летательный аппарат, спроектированный с нулевым углом падения, проще поддается контролю, но имеются также доводы в пользу изменения этого угла:

можно заранее установить идеальный крейсерский угол тангажа
нет необходимости задирать резко тангаж вверх во время взлета (для предотвращения удара хвостом)

В тексте прозвучало упоминание про «крейсерский режим полёта»: это относится к режиму, в котором летательный аппарат будет вести себя лучше всего. Если самолёт не находится в таком режиме полёта, то все его узлы и сам полёт не будут находиться в оптимальном режиме: повышенный расход топлива, увеличенный износ двигателя. Изначально в конструкции все закладывается именно исходя из условий полёта в оптимальных условиях: оперение, двигатели, площадь крыльев, материалы и многое другое рассчитывается на полёт в оптимальных условиях.

С чего начать проектировать шасси

Теперь перейдем к вопросу конфигурации шасси, вот некоторые варианты:
Конфигурация «трицикл» проще в регулировке, чем четырехколесная: её проще посадить, чем конфигурацию с опорой на хвостовое колесо.

Правильный подход при проектировании заключается в том, чтобы разместить заднее шасси прямо под центром масс. В таком случае летательный аппарат может свободно разворачиваться и набирать нужный угол атаки при взлете.
Если по некоторым причинам появляется необходимость размещать заднее колесо дальше от центра масс, тогда стоит задуматься над тем, чтобы разместить его несколько выше переднего шасси. В этом случае мы получил заранее положительный угол атаки и, как следствие, упростим взлет летательного аппарата.
Посадочные шасси должны быть расположены так, чтобы для взлёта требовалось от пилота лишь минимальное усилие на ручке.

Самолёты с хвостовым оперением взлетают именно по этому принципу: сама схема такого самолёта гарантирует автоматический взлет при достижении определенной скорости.

Отклонение от курса при посадке может обозначать одно из двух:

Взлетно-посадочная полоса не является прямой на самом деле, поскольку шасси располагается перпендикулярно «взлётке» и смотрят строго вперед.
Чрезмерный вес, приходящийся на одно из шасси, может привести к прогибу стойки и, как следствие, уводу самолёта с траектории.
Также слишком большая прижимная сила на одном из шасси приведет к тому, что остальные не будут полностью находиться в зацеплении с площадкой. Этот эффект называется «колеса тачки».

Возможные способы решения этой задачи:

Лобовое сопротивление и его влияние на параметры самолёта

В программе KSP используется простая модель лобового сопротивления. Чем больше массы будет добавлено (в виде деталей), тем больше будет создаваться сопротивление воздуха, независимо от того, находится ли модель в воздушном потоке или нет.
Каждая деталь имеет максимальное значение лобового сопротивления (в большинстве случаев это значение 0,2 от максимального). Значение лобового сопротивления можно посчитать по заданной формуле:

Лобовое сопротивление = Плотность воздуха * Скорость(в квадрате) * Коэффициент максимального сопротивления * Массу

Заметьте, что лобовое сопротивление зависит от массы и от коэффициента и не зависит от числа деталей. Уменьшение массы приведет к улучшению аэродинамики. Конструирование аэродинамического профиля часто сводится к как можно большему уменьшению количества деталей, а также двигателей, плоскостей управления, топливных баков, но при сохранении управляемости летательного аппарата.

Если вы хотите преуспеть в том, что изображено на картинках, Вам следует воспользоваться модом KSP, который более реалистично подходит к расчету лобового сопротивления. Этот мод называется Ferram Aerospace Research. Я люблю Ferram, именно поэтому я устанавливаю его везде, где только можно.

Надеюсь, это повествование зарядило Вас энтузиазмом для того, чтобы творить и создавать свои собственные самолёты и космические корабли! Удачи!

Читайте также: