United States Air Force Stability and Control Digital DATCOM - United States Air Force Stability and Control Digital DATCOM

The Spojené státy Letectvo Stabilita a ovládání Digital DATCOM je počítačový program, který implementuje metody obsažené v USAF DATCOM o stabilitě a kontrole k výpočtu statické stability, regulačních a dynamických derivačních charakteristik letadlo s pevnými křídly. Digital DATCOM vyžaduje vstupní soubor obsahující geometrický popis letadla a na základě specifikovaných letových podmínek vydá příslušné dimenzionální deriváty stability. Získané hodnoty lze použít k výpočtu smysluplných aspektů letová dynamika.

Dějiny

V únoru 1976 byly zahájeny práce na automatizaci metod obsažených v USAF Stability and Control DATCOM, konkrétně těch obsažených v oddíly 4, 5, 6 a 7. Práce byla provedena McDonnell Douglas Corporation na základě smlouvy s letectvem Spojených států ve spolupráci s inženýry v laboratoři letové dynamiky letectva v roce 2006 Wright-Patterson Air Force Base. Implementace Digital DATCOM uzavřena v listopadu 1978.

Program je napsán v FORTRAN IV a od té doby byl aktualizován; jádro programu však zůstává stejné.

Byla zveřejněna zpráva rozdělená do tří svazků, která vysvětluje použití Digital DATCOM. Zpráva se skládá z

  • Svazek I, Uživatelská příručka
  • Svazek II, Implementace metod DATCOM
  • Volume III, Plot Module

Vstupy

Část 3 příručky USAF Digital DATCOM Manual Volume I definuje vstupy dostupné pro modelování letadla. Vstupy jsou roztříděny podle jmenných seznamů, aby se usnadnilo čtení souboru do FORTRANU.

Podmínky a možnosti letu

Seznam jmen FLTCON popisuje podmínky letu pro daný případ. Lze spustit maximálně 400 kombinací Mach-nadmořská výška, až 20 úhly útoku pro každou kombinaci. Uživatel může určit, zda se Machovo číslo a nadmořská výška společně liší, Machovo číslo se mění v konstantní výšce nebo se výška mění v konstantním Machově čísle. V Digital DATCOM lze spustit podzvukovou i nadzvukovou analýzu.

Seznam jmen OPTINS definuje referenční parametry pro letadlo. Teoretická plocha křídla, střední aerodynamický akord, a rozpětí křídel jsou zadány spolu s parametrem definujícím drsnost povrchu letadla.

Syntetické parametry

Seznam jmen SYNTHS umožňuje uživateli definovat pozice centrum gravitace a vrcholy křídel. Souřadnice X a Z jsou potřebné pro křídlo, vodorovný ocas, a svislý ocas aby byla letadla správně syntetizována. DATCOM nevyžaduje, aby původem letadla musel být nos letadla; jakýkoli libovolný bod bude stačit, ale od tohoto bodu je třeba odkazovat na všechny dimenze. Úhly dopadu lze také přidat na křídlo a vodorovný ocas.

Parametry těla

Seznam jmen BODY definuje tvar těla. Digital DATCOM předpokládá osově souměrný tvar těla. Lze zadat až 20 stanic, přičemž u každé stanice je definována poloviční šířka trupu, horní souřadnice a dolní souřadnice. Pro nadzvukovou analýzu lze zadat další parametry.

Parametry křídla, vodorovného a svislého ocasu

Seznamy jmen WGPLNF, HTPLNF a VTPLNF definují křídlo, vodorovný ocas a svislý ocas. Základní parametry jako root akord, tip chord, half-span, kroutit, vzepětí a zametat jsou vstupy. Digital DATCOM také přijímá křídlové půdorysy, které mění geometrii podél rozpětí, jako je F4 Phantom II který měl 15 stupňů přívěsného vzepětí.

Kachny lze analyzovat také v Digital DATCOM. The kachna musí být specifikována jako přední zvedací plocha (tj. křídlo) a křídlo jako zadní zvedací plocha.

Pro označení profilů křídel lze v Digital DATCOM specifikovat většinu tradičních profilů NACA 4-, 5- a 6-. Kromě toho lze vlastní profily profilů zadávat pomocí příslušných jmenných seznamů. V Digital DATCOM lze také označit dvojitá vertikální ocasy, ale nikoli dvojitá ramena.

Zařízení pro vysoký zdvih a ovládání

Pomocí seznamů jmen SYMFLP a ASYFLP klapky, výtahy, a křidélka lze definovat. Digital DATCOM umožňuje velké množství typů klapek, včetně hladkých klapek, klapek s jedním štěrbinou a klapek. V každé kombinaci Mach-nadmořská výška lze analyzovat až 9 výchylek chlopní. Bohužel kormidlo není implementován v Digital DATCOM.

Digital DATCOM také nabízí automatizovanou funkci TRIM letadla, která vypočítává potřebné výchylky výtahu čalounění letadlo.

Další vstupy

Mezi další digitální vstupy DATCOM patří výkonové efekty (vrtule a trysky), pozemní efekty, záložky trimů a experimentální data. Seznam názvů EXPRXX umožňuje uživateli použít experimentální data (jako je koeficient vztlaku, koeficient odporu atd.) Namísto dat, která Digital DATCOM produkuje v mezikrokech sestavování komponent.

Všechny rozměry jsou uváděny ve stopách a stupních, pokud není uvedeno jinak. Digital DATCOM poskytuje příkazy pro výstup dynamických derivátů (DAMP) a také koeficientů stability každé komponenty (BUILD).

Výstup

Digital DATCOM produkuje velké množství dat pro relativně malé množství vstupů, které vyžaduje. Ve výchozím nastavení jsou vydávána pouze data pro letadlo, ale lze odesílat i další konfigurace:

  • Samotné tělo
  • Křídlo samo
  • Samotný vodorovný ocas
  • Samotný svislý ocas
  • Konfigurace křídla a těla
  • Konfigurace těla a vodorovného ocasu
  • Konfigurace těla a svislého ocasu
  • Konfigurace křídla-těla-horizontální ocas
  • Konfigurace křídla, těla a svislého ocasu
  • Konfigurace křídlo-tělo-horizontální ocas-vertikální ocas

U každé konfigurace jsou koeficienty stability a deriváty vydávány v každém zadaném úhlu útoku. Podrobnosti o tomto výstupu jsou definovány v oddíle 6 příručky USAF Digital DATCOM Manual Volume I. Základní výstup zahrnuje:

  • CL - Koeficient zdvihu
  • CD - Koeficient tažení
  • Cm - Koeficient momentu nadhazování
  • CN - Normální koeficient síly
  • CA - Koeficient axiální síly
  • CLa - Sklon křivky zdvihu (derivace koeficientu zdvihu vzhledem k úhlu náběhu)
  • Cmα - Sklon křivky momentu Pitching (derivace koeficientu Pitching Moment vzhledem k úhlu náběhu)
  • CYβ - Derivace koeficientu boční síly vzhledem k úhel bočního skluzu
  • Cnβ - Derivace součinitele momentu stočení vzhledem k úhlu bočního skluzu
  • Clβ - Derivace koeficientu valivého momentu vzhledem k úhlu bočního skluzu

Pro kompletní konfiguraci letadla umýt údaje jsou také zahrnuty.

Ve srovnání s moderními metodami výpočetní dynamika tekutin „Digital DATCOM se může zdát zastaralý. Ve své době však byl program pokročilým odhadovacím nástrojem a určitě mnohem rychlejší než procházení stránkami a stránkami technických textů. USAF již digitální DATCOM nepodporuje a nyní je veřejná doména software.

Omezení

Vstupy, externí úložiště a další výčnělky nelze zadat, protože Digital DATCOM analyzuje trup jako tělo revoluce. Zjednodušení ovlivňuje koeficient odporu pro letadlo.

Dynamické deriváty se nevydávají pro letadla, která mají křídla, která nejsou zúžená nebo mají náběžné hrany rozšíření. Tento problém lze překonat použitím experimentálních údajů pro tělo křídla (s použitím nepřímého zúženého křídla).

Neexistuje žádný způsob zadávání dvojitých svislých ocasů namontovaných na trupu, i když existuje způsob pro H-ocasy. Tento problém lze vyřešit aproximací dvojitých svislých ocasů jako jediného ekvivalentního svislého ocasu namontovaného na trupu.

Digital DATCOM nemůže poskytnout výstupy pro řídicí deriváty s ohledem na ovládací plochu kormidla. Podle manuálu neexistují žádné vstupní parametry, které by definovaly geometrii kormidla.

Digital DATCOM nemůže analyzovat tři zvedací plochy najednou, jako je například konfigurace ocasu a křídla - horizontální ocas. Tento problém lze vyřešit superpozicí zvedacích ploch pomocí možnosti experimentálního vstupu.

Aktuální vývoj

Mezi těmi, kteří používají tento balíček, existují záměry ke zlepšení celkového balíčku prostřednictvím jednoduššího uživatelského rozhraní a komplexnějších výstupních dat.

Citace v AC3D

DATCOM +

Zatímco původní program DIGDAT zůstal relativně nedotčený, byla vytvořena nová front-end, která uživateli umožní pojmenovat vstupní soubor něčím významnějším než FOR005.DAT. Nový formát vstupního souboru umožňuje uživateli vkládat komentáře do vstupního souboru. V DIGDATu byly také umístěny háčky, které umožňují alternativní výstupy kromě původního výstupního formátu, který je široký 132 sloupců a mírně zneužívající, pokud máte v úmyslu importovat data do jiné aplikace. K dispozici je grafické znázornění výkonu letadla v AC3D, stejně jako výstup datové tabulky v systému Windows XML pro JSBSim a FlightGear projektů, stejně jako soubor datové tabulky LFI (Linear Function Interpolation) ve volném formátu.

Spolu s programem DIGDAT existují prohlížeče výstupních souborů formátu AC3D, XML a LFI. Tabulky dat lze snadno odeslat na obrazovku nebo do souborů PNG a zahrnout je do zpráv.

Navion v MATLABu

Sada nástrojů Mathworks Aerospace

Aerospace Toolbox obsahuje funkci pro import výstupních souborů z Digital DATCOM do MATLABu. Tato funkce umožňuje sbírat aerodynamické koeficienty ze statických a dynamických analýz a přenášet je do MATLABu jako pole buněk struktur, přičemž každá struktura obsahuje informace o výstupním souboru Digital DATCOM.

OpenDatcom

OpenDatcom je open-source GUI pro Digital DATCOM vytvořený a hostovaný OpenAE [2] společenství. OpenDatcom zahrnuje všechny základní (neexperimentální) funkce podporované Digital DATCOM a zároveň poskytuje kontrolu vstupních chyb a hranic v reálném čase. Alfa verze programu byla vydána 1. listopadu 2009 široké veřejnosti. Web OpenAE.org již není aktivní.

Predikce aerodynamiky konstrukčně poškozeného letadla

Tam byl nějaký výzkum v použití Digital DATCOM ve spojení se studiemi v aerodynamickém tunelu k předpovědi aerodynamiky strukturálně poškozených letadel. Dr. Bilal Siddiqui ve společnosti Univerzita DHA Suffa představil přístup [1] předpovědět nelineární aerodynamiku strukturálně poškozeného modelu letadla na základě metod aerodynamické predikce inženýrské úrovně, DATCOM. Surové výsledky z kódu poskytují dobrou korelaci s daty v aerodynamickém tunelu při velmi nízkých úhlech náběhu, ale přesnost se rychle zhoršuje, jak se úhel náběhu zvyšuje. Poté je navržena nová metodologie, která kombinuje experimentální výsledky zdravých letadel s předpovězenou aerodynamikou poškozených případů, čímž se získá lepší korelace mezi experimentálními a předpovězenými aerodynamickými koeficienty pro poškozená letadla. Při nadzvukových rychlostech jsou studovány tři konfigurace poškození. Metodiku lze použít k rychlému generování aerodynamického modelu pro poškozená letadla pro simulaci a rekonfigurovatelné řízení

Viz také

Reference

  1. ^ [1], Pomocí USAF DATCOM k predikci nelineární aerodynamiky strukturálně poškozených letadel,
  • Williams, John E., Vukelich, Steven R. "USAF Stability and Control Digital DATCOM. Volume I. User Manual." AFFDL-TR-79-3032 Svazek I, Listopad 1979.
  • Williams, John E., Vukelich, Steven R. "USAF Stability and Control Digital DATCOM. Volume II. Implementation of Datcom Methods." AFFDL-TR-79-3032 Svazek II, Listopad 1979.
  • Williams, John E., Vukelich, Steven R. "USAF Stability and Control Digital DATCOM. Volume III. Plot Module." AFFDL-TR-79-3032 Svazek III, Listopad 1979.
  • Blake, W. B. „Predikce dynamických derivátů stíhacích letadel využívajících Digital Datcom,“ AIAA 3rd Applied Aerodynamics Conference, AIAA-1985-4070, Colorado Spring, CO, říjen 1985.
  • Mathworks, Inc. „Model-Based Design of New Light-weight Aircraft,“ AIAA Modeling and Simulation Technologies Conference and Exhibit, AIAA-2007-6371, Hilton Head, SC, srpen 2007.
  • Siddiqui, B.A. a Kassem, A. H., „Použití USAF DATCOM k predikci nelineární aerodynamiky strukturálně poškozených letadel“, [3] International Review of Aerospace Engineering (I.RE.AS.E), leden 2010.

externí odkazy