Цифровой DATCOM стабильности и управления ВВС США

США характеристик ВВС Цифровой DATCOM стабильности и управления представляет собой компьютерную программу, которая реализует методы, содержащиеся в DATCOM стабильности и управления ВВС США, для расчета статической устойчивости, управляемости и динамических производных самолетов . Digital DATCOM требует входной файл, содержащий геометрическое описание самолета, и выводит соответствующие безразмерные производные устойчивости в соответствии с указанными условиями полета. Полученные значения могут быть использованы для расчета значимых аспектов динамики полета .

История

В феврале 1976 года началась работа по автоматизации методов, содержащихся в DATCOM стабилизации и управления ВВС США, в частности тех, которые содержатся в разделах 4, 5, 6 и 7 . Работы выполнены корпорацией McDonnell Douglas Corporation по контракту с ВВС США совместно с инженерами Лаборатории динамики полета ВВС на авиабазе Райт-Паттерсон . Внедрение Digital DATCOM завершилось в ноябре 1978 года.

Программа написана на FORTRAN IV и с тех пор была обновлена; 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 тома I руководства USAF Digital DATCOM определяются входные данные, доступные для моделирования самолета. Входные данные классифицируются по спискам имен, чтобы облегчить чтение файла на FORTRAN.

Условия и варианты полета

Список имен FLTCON описывает условия полета для этого случая. Одновременно можно запускать максимум 400 комбинаций высот Маха и до 20 углов атаки для каждой комбинации. Пользователь может указать, изменяются ли число Маха и высота вместе, число Маха изменяется на постоянной высоте или высота изменяется при постоянном числе Маха. В Digital DATCOM можно выполнить как дозвуковой, так и сверхзвуковой анализ.

Список имен OPTINS определяет эталонные параметры воздушного судна. 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 положения центра тяжести и вершин крыльев. Координаты X и Z необходимы для крыла , горизонтального оперения и вертикального оперения , чтобы самолет был правильно синтезирован. DATCOM не требует, чтобы исходной точкой самолета была носовая часть самолета; подойдет любая произвольная точка, но все размеры необходимо отсчитывать от этой точки. Углы падения также можно добавить к крылу и горизонтальному оперению.

Параметры тела

Список имен BODY определяет форму тела. Digital DATCOM принимает осесимметричную форму корпуса. Можно задать до 20 станций, на каждой станции задаются полуширина фюзеляжа, верхняя координата и нижняя координата. Для сверхзвукового анализа можно ввести дополнительные параметры.

Параметры крыла, горизонтального и вертикального оперения

Списки имен WGPLNF, HTPLNF и VTPLNF определяют крыло, горизонтальное и вертикальное оперение соответственно. основные параметры, такие как корневая хорда, концевая хорда, полуразмах, крутка , двугранный угол и стреловидность Вводятся . Digital DATCOM также принимает формы крыла в плане, которые меняют геометрию по размаху, например F4 Phantom II, у которого внешний двугранный угол составлял 15 градусов.

Утки также можно анализировать в Digital DATCOM. Утка . должна быть указана как передняя подъемная поверхность (т.е. крыло), а крыло – как задняя подъемная поверхность

Для обозначения профиля крыла большинство традиционных 4-, 5- и 6-профильных профилей NACA могут быть указаны в Digital DATCOM. Кроме того, можно ввести пользовательские профили, используя соответствующие списки имен. Кроме того, в Digital DATCOM могут быть обозначены сдвоенные вертикальные оперения, но не сдвоенные стрелы.

Устройства высокого подъема и управления

Используя списки имен SYMFLP и ASYFLP, закрылки , рули высоты и элероны можно определить . Digital DATCOM позволяет использовать множество типов закрылков, включая простые, однощелевые и закрылки Фаулера. При каждой комбинации высот Маха можно анализировать до 9 отклонений закрылков. К сожалению, в Digital DATCOM руль направления не реализован.

Digital DATCOM также предлагает автоматизированную функцию TRIM самолета, которая рассчитывает отклонения руля высоты, необходимые для балансировки самолета.

Другие входы

Другие входы Digital DATCOM включают силовые эффекты (пропеллер и реактивный самолет), 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 создает на промежуточных этапах создания своих 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).

Выход

Digital DATCOM производит большой объем данных при относительно небольшом объеме требуемых входных данных. По умолчанию выводятся только данные по самолету, но можно выводить и дополнительные конфигурации:

Только тело
Только крыло
Только горизонтальное оперение
Только вертикальное оперение
Конфигурация крыла-тела
Конфигурация корпуса и горизонтального хвоста
Конфигурация корпуса и вертикального оперения
Конфигурация крыло-корпус-горизонтальное хвостовое оперение
Конфигурация крыло-корпус-вертикальное оперение
Конфигурация крыло-корпус-горизонтальное оперение-вертикальное оперение

Для каждой конфигурации выводятся коэффициенты устойчивости и производные при каждом заданном угле атаки. Подробности этого вывода определены в разделе 6 Руководства USAF Digital DATCOM, том I. Базовый вывод включает в себя:

C _L – коэффициент подъемной силы
C _D – Коэффициент сопротивления
C _m - Коэффициент момента тангажа
C _N – Коэффициент нормальной силы
C _A – Коэффициент осевой силы
C _Lα - Наклон кривой подъемной силы (производная коэффициента подъемной силы по углу атаки)
C _mα - Наклон кривой момента тангажа (производная коэффициента момента тангажа по углу атаки)
C _Yβ - Производная коэффициента боковой силы по углу бокового скольжения
C _nβ - Производная коэффициента момента рыскания по углу скольжения
C _lβ - Производная коэффициента момента качения по углу бокового скольжения

Для полных конфигураций самолета о нисходящем потоке также включены данные .

По сравнению с современными методами вычислительной гидродинамики Digital DATCOM может показаться устаревшим. Однако в свое время программа была продвинутым инструментом оценки и, конечно, намного быстрее, чем пролистывать страницы и страницы инженерных текстов. Digital DATCOM больше не поддерживается ВВС США и теперь является общедоступным программным обеспечением.

Ограничения

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

Динамические производные не выводятся для самолетов, крылья которых не являются прямыми или имеют удлиненную переднюю кромку . Эту проблему можно преодолеть, используя экспериментальные данные для крыла-корпуса (при использовании непрямого конического крыла).

Не существует метода ввода сдвоенного вертикального оперения, установленного на фюзеляже, хотя существует метод для H-Tails . Эту проблему можно решить, представив сдвоенное вертикальное оперение как одно эквивалентное вертикальное оперение, установленное на фюзеляже.

Digital DATCOM не может предоставить выходные данные для производных управления относительно поверхности управления рулем направления. Согласно мануалу, входных параметров, определяющих геометрию руля направления, нет.

Digital DATCOM не может анализировать три несущие поверхности одновременно, например, конфигурацию «утка-крыло-горизонтальное оперение». Эту проблему можно решить путем суперпозиции подъемных поверхностей с помощью экспериментальной опции ввода.

Текущее развитие

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

ДАТКОМ+

Хотя исходная программа DIGDAT осталась относительно нетронутой, был создан новый интерфейс, который позволит пользователю назвать входной файл чем-то более значимым, 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 выходному формату, который имеет ширину 132 столбца и его нелегко импортировать в другое приложение. Существует графическое представление выходных данных самолета в AC3D , а также выходные данные таблицы данных в формате XML для проектов JSBSim и FlightGear , а также файл таблицы данных LFI (интерполяция линейных функций) в свободном формате.

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

Набор инструментов Mathworks Aerospace

Aerospace Toolbox включает функцию для 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, каждая из которых содержит информацию о выходном файле Digital DATCOM.

OpenDatcom

OpenDatcom — это графический интерфейс с открытым исходным кодом для Digital DATCOM, созданный и размещенный сообществом OpenAE [2] . OpenDatcom включает в себя все основные (неэкспериментальные) функции, поддерживаемые Digital DATCOM, обеспечивая при этом проверку ошибок ввода и проверку границ в реальном времени. 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 по использованию Digital DATCOM в сочетании с исследованиями в аэродинамической трубе для прогнозирования аэродинамики самолетов с нарушениями конструкции. Доктор Билал Сиддики из Университета DHA Суффа представил подход ^[1] для прогнозирования нелинейной аэродинамики структурно поврежденной модели самолета на основе методов аэродинамического прогнозирования инженерного уровня DATCOM. Необработанные результаты кода обеспечивают хорошую корреляцию с данными аэродинамической трубы при очень малых углах атаки, но точность быстро ухудшается с увеличением угла атаки. Затем предлагается новая методология, которая объединяет экспериментальные результаты исправных самолетов с прогнозируемой аэродинамикой поврежденных самолетов, чтобы обеспечить лучшую корреляцию между экспериментальными и прогнозируемыми аэродинамическими коэффициентами для поврежденных самолетов. На сверхзвуковых скоростях изучаются три конфигурации повреждений. Методику можно использовать для быстрого создания аэродинамической модели поврежденного самолета для моделирования и реконфигурируемого управления.

См. также

Ссылки

^ [1] , Использование DATCOM ВВС США для прогнозирования нелинейной аэродинамики самолетов с конструктивными нарушениями,

Уильямс, Джон Э., Вукелич, Стивен Р. «Цифровая DATCOM стабилизации и управления ВВС США. Том I. Руководство пользователя». AFFDL-TR-79-3032 Том I , ноябрь 1979 г.
Уильямс, Джон Э., Вукелич, Стивен Р. «Цифровая DATCOM стабильности и управления ВВС США. Том II. Внедрение методов передачи данных». AFFDL-TR-79-3032 Том II , ноябрь 1979 г.
Уильямс, Джон Э., Вукелич, Стивен Р. «Цифровая DATCOM стабилизации и управления ВВС США. Том III. Модуль сюжета». AFFDL-TR-79-3032 Том III , ноябрь 1979 г.
Блейк, ВБ «Прогнозирование динамических производных истребителей с использованием цифровых данных», 3-я конференция AIAA по прикладной аэродинамике, AIAA-1985-4070 , Колорадо-Спринг, Колорадо, октябрь 1985 г.
The Mathworks, Inc. «Модельно-ориентированное проектирование нового легкого самолета», Конференция и выставка AIAA по технологиям моделирования и моделирования, AIAA-2007-6371 , Хилтон-Хед, Южная Каролина, август 2007 г.
Сиддики, Б.А. и Кассем, А.Х., «Использование DATCOM ВВС США для прогнозирования нелинейной аэродинамики самолетов с конструктивными нарушениями», [3] Международный обзор аэрокосмической техники (I.RE.AS.E), январь 2010 г.

Внешние ссылки

[1] [1] , Использование DATCOM ВВС США для прогнозирования нелинейной аэродинамики самолетов с конструктивными нарушениями,

[1]