Цифровой DATCOM для стабилизации и контроля ВВС США - United States Air Force Stability and Control Digital DATCOM

В Соединенные Штаты Воздушные силы Стабильность и контроль Digital DATCOM это компьютерная программа, реализующая методы, содержащиеся в USAF Стабильность и контроль DATCOM для расчета статической устойчивости, управления и динамических производных характеристик самолет. Digital DATCOM требует входного файла, содержащего геометрическое описание самолета, и выводит его соответствующие безразмерные производные устойчивости в соответствии с заданными условиями полета. Полученные значения можно использовать для расчета значимых аспектов динамика полета.

История

В феврале 1976 года началась работа по автоматизации методов, содержащихся в DATCOM стабильности и управления ВВС США, в частности тех, которые содержатся в разделы 4, 5, 6 и 7. Работа выполнена McDonnell Douglas Corporation по контракту с ВВС США совместно с инженерами Лаборатории динамики полета ВВС в г. База ВВС Райт-Паттерсон. Внедрение Digital DATCOM завершилось в ноябре 1978 г.

Программа написана на FORTRAN IV и с тех пор обновлялся; однако суть программы остается прежней.

Был опубликован отчет, разделенный на три тома, в котором объясняется использование Digital DATCOM. Отчет состоит из

Том I, Руководство пользователя
Том II, Реализация методов DATCOM
Том III, Сюжетный модуль

Входы

В разделе 3 Руководства USAF по цифровым DATCOM, том I, определены входные данные, доступные для моделирования самолета. Входные данные сгруппированы по спискам имен, чтобы облегчить чтение файла в FORTRAN.

Условия и возможности полета

Список имен FLTCON описывает условия полета кейса. Одновременно может быть выполнено до 400 комбинаций высоты Маха, до 20 углы атаки для каждой комбинации. Пользователь может указать, изменяются ли одновременно число Маха и высота, число Маха изменяется на постоянной высоте, или высота изменяется на постоянном числе Маха. В Digital DATCOM можно выполнять как дозвуковой, так и сверхзвуковой анализ.

Список имен OPTINS определяет исходные параметры самолета. Теоретическая площадь крыла, средняя аэродинамическая хорда, и размах крыла вводятся вместе с параметром, определяющим шероховатость поверхности самолета.

Параметры синтеза

Список имен SYNTHS позволяет пользователю определять положение центр гравитации и вершины крыльев. Координаты X и Z необходимы для крыло, горизонтальный хвост, и вертикальный хвост для правильного синтеза самолета. DATCOM не требует, чтобы самолет исходил из носовой части самолета; подойдет любая произвольная точка, но все размеры должны быть отсчитаны от этой точки. Углы падения также могут быть добавлены крыло и горизонтальное оперение.

Параметры тела

Список имен BODY определяет форму тела. Digital DATCOM принимает осесимметричную форму тела. Можно указать до 20 станций с полушириной фюзеляжа, верхней и нижней координатами, определяемыми для каждой станции. Для сверхзвукового анализа можно ввести дополнительные параметры.

Параметры крыла, горизонтального и вертикального оперения

Списки имен WGPLNF, HTPLNF и VTPLNF определяют крыло, горизонтальное оперение и вертикальное оперение соответственно. Основные параметры, такие как основная хорда, верхняя хорда, полупространство, крутить, двугранный и сметать вводятся. Digital DATCOM также принимает формы крыла в плане, которые изменяют геометрию по размаху, например F4 Фантом II который имел 15 градусов наружного двугранного угла.

Канарды также можно анализировать в Digital DATCOM. В утка должно быть указано как передняя подъемная поверхность (т. е. крыло), а крыло как задняя подъемная поверхность.

Для обозначения профиля в Digital DATCOM можно указать самые традиционные профили NACA с 4, 5 и 6 профилями. Кроме того, пользовательские профили могут быть введены с использованием соответствующих списков имен. Кроме того, в Digital DATCOM могут быть обозначены сдвоенные вертикальные хвостовики, но не сдвоенные штанги.

Устройства высокого подъема и управления

Используя списки имен SYMFLP и ASYFLP, закрылки, лифты, и элероны можно определить. Digital DATCOM позволяет использовать множество типов откидных створок, включая простые, однощелевые и фаулеровские. Можно проанализировать до 9 отклонений закрылков на каждой комбинации высоты Маха. К сожалению, руль не реализован в Digital DATCOM.

Digital DATCOM также предлагает автоматическую функцию TRIM самолета, которая рассчитывает отклонения лифта, необходимые для отделка самолет.

Другие входы

Другие входные данные Digital DATCOM включают эффекты мощности (пропеллер и реактивный двигатель), эффекты земли, триммеры и экспериментальные данные. Список имен EXPRXX позволяет пользователю использовать экспериментальные данные (такие как коэффициент подъемной силы, коэффициент лобового сопротивления и т. Д.) Вместо данных, которые Digital DATCOM производит на промежуточных этапах создания компонентов.

Все размеры указаны в футах и градусах, если не указано иное. Digital DATCOM предоставляет команды для вывода динамических производных (DAMP), а также коэффициентов устойчивости каждого компонента (BUILD).

Вывод

Digital DATCOM производит большой объем данных для относительно небольшого количества входных данных, которые ему требуются. По умолчанию выводятся только данные по самолету, но можно выводить дополнительные конфигурации:

Только тело
Только крыло
Только горизонтальный хвост
Только вертикальный хвост
Конфигурация крыла и корпуса
Конфигурация корпуса с горизонтальным хвостом
Конфигурация корпуса с вертикальным хвостом
Конфигурация крыла-корпуса-горизонтального хвоста
Конфигурация крыла-корпуса-вертикального хвоста
Конфигурация крыла-корпуса-горизонтального хвоста-вертикального хвоста

Для каждой конфигурации коэффициенты устойчивости и производные выводятся для каждого указанного угла атаки. Детали этого вывода определены в Разделе 6 Руководства USAF Digital DATCOM, Том I. Базовый вывод включает:

C_L - Коэффициент подъема
C_D - Коэффициент сопротивления
C_м - Коэффициент момента питчинга
C_N - Нормальный коэффициент силы
C_А - Коэффициент осевой силы
C_Lα - Наклон кривой подъема (производная от коэффициента подъемной силы по отношению к углу атаки)
C_mα - Наклон кривой момента тангажа (производная от коэффициента момента тангажа по отношению к углу атаки)
C_Yβ - Производная коэффициента боковой силы по угол скольжения
C_nβ - Производная коэффициента момента рыскания по углу скольжения
C_lβ - Производная коэффициента крутящего момента по углу скольжения

Для полной конфигурации самолета, промывка данные также включены.

По сравнению с современными методами вычислительная гидродинамика, Digital DATCOM может показаться устаревшим. Однако в свое время программа была продвинутым инструментом оценки, и, конечно же, намного быстрее, чем листать страницы и страницы инженерных текстов. Цифровой DATCOM больше не поддерживается ВВС США и теперь всеобщее достояние программного обеспечения.

Ограничения

Входные отверстия, внешние накопители и другие выступы не могут быть введены, потому что Digital DATCOM анализирует фюзеляж как тело революции. Упрощение влияет на коэффициент лобового сопротивления самолета.

Динамические производные не выводятся для самолетов, у которых крылья не имеют прямого сужения или удлинители передней кромки. Эту проблему можно решить, используя экспериментальные данные для корпуса крыла (с использованием непрямого конического крыла).

Не существует способа ввода сдвоенных вертикальных хвостовиков, установленных на фюзеляже, хотя есть способ для H-хвосты. Эта проблема может быть решена путем аппроксимации двух вертикальных оперений как единого эквивалентного вертикального оперения, установленного на фюзеляже.

Digital DATCOM не может обеспечивать выходы для производных управления в отношении поверхности управления рулем направления. Согласно инструкции, нет никаких входных параметров, определяющих геометрию руля направления.

Digital DATCOM не может анализировать сразу три подъемные поверхности, например конфигурацию "утка-крыло-горизонтальное оперение". Эта проблема может быть решена путем наложения подъемных поверхностей с помощью экспериментального варианта ввода.

Текущее развитие

Среди тех, кто использует этот пакет, есть намерения улучшить общий пакет за счет более простого пользовательского интерфейса, а также более полных выходных данных.

Цитирование в AC3D

ДАТКОМ +

Хотя исходная программа DIGDAT осталась относительно нетронутой, был создан новый интерфейс, который позволяет пользователю называть входной файл чем-то более значительным, чем FOR005.DAT. Новый формат входного файла позволяет пользователю размещать комментарии во входном файле. В DIGDAT также были помещены перехватчики, которые позволяют использовать альтернативные выходные данные в дополнение к исходному формату вывода, который имеет ширину 132 столбца и слегка оскорбляет пользователя, если вы собираетесь импортировать данные в другое приложение. Имеется графическое представление выхода самолета в AC3D, а также вывод таблицы данных в XML для JSBSim и FlightGear проекты, а также файл таблицы данных LFI (Linear Function Interpolation) в свободном формате.

Наряду с программой DIGDAT существуют средства просмотра выходных файлов формата AC3D, XML и LFI. Таблицы данных можно легко вывести на экран или в файлы PNG для включения в отчеты.

Navion в MATLAB

Набор инструментов Mathworks Aerospace

Aerospace Toolbox включает функцию импорта выходных файлов из Digital DATCOM в MATLAB. Эта функция позволяет собирать аэродинамические коэффициенты из статического и динамического анализа и передавать их в MATLAB в виде массива ячеек структур, причем каждая структура содержит информацию о выходном файле Digital DATCOM.

OpenDatcom

OpenDatcom - это графический интерфейс с открытым исходным кодом для Digital DATCOM, созданный и размещенный OpenAE. [2] сообщество. OpenDatcom включает в себя все основные (не экспериментальные) функции, поддерживаемые Digital DATCOM, обеспечивая при этом ошибку ввода в реальном времени и проверку границ. Альфа-версия программы была выпущена для широкой публики 1 ноября 2009 года. Веб-сайт OpenAE.org больше не активен.

Прогнозирование аэродинамики самолета с конструктивными повреждениями

Были проведены некоторые исследования использования Digital DATCOM в сочетании с исследованиями в аэродинамической трубе для прогнозирования аэродинамики самолетов со структурными дефектами. Доктор Билал Сиддики в Университет DHA Суффа представил подход ^[1] прогнозировать нелинейную аэродинамику модели самолета с конструктивными повреждениями на основе методов аэродинамического прогнозирования инженерного уровня, DATCOM. Необработанные результаты кода обеспечивают хорошую корреляцию с данными в аэродинамической трубе при очень малых углах атаки, но точность быстро ухудшается с увеличением угла атаки. Затем предлагается новая методология, которая объединяет экспериментальные результаты здорового самолета с прогнозируемой аэродинамикой поврежденных случаев, чтобы обеспечить лучшую корреляцию между экспериментальными и прогнозируемыми аэродинамическими коэффициентами для поврежденного самолета. Изучаются три конфигурации повреждений на сверхзвуковых скоростях. Методологию можно использовать для быстрого создания аэродинамической модели поврежденного самолета для моделирования и реконфигурируемого управления.

Смотрите также

использованная литература

^ [1], Использование USAF DATCOM для прогнозирования нелинейной аэродинамики самолетов с конструктивными дефектами,

Уильямс, Джон Э., Вукелич, Стивен Р. «Цифровой DATCOM USAF по обеспечению стабильности и контроля. Том I. Руководство пользователя». AFFDL-TR-79-3032 Том I, Ноябрь 1979 г.
Уильямс, Джон Э., Вукелич, Стивен Р. "Стабильность и управление цифровыми DATCOM USAF. Том II. Внедрение методов Datcom". AFFDL-TR-79-3032 Том II, Ноябрь 1979 г.
Уильямс, Джон Э., Вукелич, Стивен Р. «Цифровой DATCOM USAF по обеспечению стабильности и контроля. Том III. Модуль построения». AFFDL-TR-79-3032 Том III, Ноябрь 1979 г.
Блейк, У. Б. «Прогнозирование динамических характеристик истребителей с помощью цифровой связи», 3-я конференция AIAA по прикладной аэродинамике, AIAA-1985-4070, Колорадо-Спринг, Колорадо, октябрь 1985 г.
Mathworks, Inc. «Модельно-ориентированный дизайн нового легкого самолета», конференция и выставка AIAA по технологиям моделирования и имитации, AIAA-2007-6371, Хилтон-Хед, Южная Каролина, август 2007 г.
Сиддики, Б.А. и Кассем, А. Х., «Использование USAF DATCOM для прогнозирования нелинейной аэродинамики самолетов с конструктивными дефектами», [3] International Review of Aerospace Engineering (I.RE.AS.E), январь 2010 г.

внешние ссылки

[1] [1], Использование USAF DATCOM для прогнозирования нелинейной аэродинамики самолетов с конструктивными дефектами,

[1]