درسنامه چهارم نرم افزار CEASIOM | هوافضای جوان

درسنامه چهارم از سری آموزش نرم افزار CEASIOM

معرفی ماژول AMB

ماژول AMB یا Aerodynamic Model Builder قسمتی از CEASIOM است که اطلاعات آیرودینامیکی در این بخش محاسبه می شود. این داده ها توسط مدل جدولی تنظیم می شود. این بخش یکی از مهمترین قسمت های نرم افزار CEASIOM است زیرا داشتن فرصت انجام محاسبات آیرودینامیکی در بخش طراحی مفهومی می تواند در کاهش هزینه های ساخت هواپیما بسیار تاثیرگذار باشد.

در روش های معمول طراحی هواپیما، معمولا از اندازه گیری های تونل باد برای بدست آوردن نیروهای آیرودینامیکی و ممان های اعمالی روی بدنه ی هواپیما استفاده می شود. این اطلاعات فقط در بخش های انتهایی حلقه ی طراحی در دسترس می باشد. امروزه، مهندسان از اطلاعات مربوط به هند بوک ها و یا معادلات خطی مکانیک سیالات برای انجام محاسبات آیرودینامیکی استفاده می کنند. برای بدست آوردن اطلاعات دقیق می توان از CFD استفاده کرد اما این روش هزینه ی محاسباتی بسیار بالایی دارد که مقرون به صرفه نیست. اما خوشبختانه، روشهای ترکیبی در این نرم افزار به کار برده شده که هزینه ی محاسباتی استفاده از CFDرا کاهش داده است.

در این قسمت سه راهکار برای انجام  محاسبات اولیه آیرودینامیکی وجود دارد.

  • استفاده از داده های جمع آوری شده در کتاب های راهنما مانند Datcom
  • استفاده از روش خطی یکتا یا Linear Singular Method به عنوان مثالVortex Lattice Method
  • روش سوم استفاده از روش غیر یکتای کامل، Full Non-Singular Method، مانند حل معادله ی اویلر یا رنس RANSE می باشد.

به طور کلی، در ماژول AMB، محاسبات آیرودینامیکی بسته به نوع جریان و شرایط پروازی به صورت جدول زیر تقسیم بندی شده است. در این ماژول ترکیب روش های داتکام الکترونیکی Digital Datcom و Tornado به کار برده شده است. داتکام روش استفاده از داده های جمع آوری شده در کتاب راهنما می باشد و Tornado روشی بر اساس Vortex Lattice Method است.

هر دوی این روش ها در ردیف ۱ در چارت زیر قرار می گیرند. روش های مربوط به ردیف ۱ در جریان عبوری روی اجسام آیرودینامیکی با سرعت کم و زاویه حمله کوچک نتایج بهتری را ارائه می دهند. در ردیف +۱ روش استفاده از کد اویلر EDGE قرار دارد. در ردیف +۱ اثرات تراکم پذیری در نظر گرفته می شود و می توان با آن مسائل آیرودینامیکی و آیروالاستیسیته در سرعت های بالاتر را بررسی کرد. پس با استفاده از روش +۱ می توان پرواز های نزدیک سرعت صوت را بررسی کرد.

بخش سوم مربوط به ردیف ۲ است. در این بخش روش شبیه سازی RANS ارائه شده است. با استفاده از این روش می توان شرایط بحرانی پروازی را شبیه سازی کرد. در حال حاظر ردیف سوم در نرم افزار CEASIOM تعبیه نشده است و ماژول AMB از حل گر ردیف دوم استفاده نمی کند.

دسته بندی روش های مختلف انجام محاسبات آیرودینامیکی در ماژول AMB

اطلاعات لازم برای محاسبات AMB در فایل *.xml ورودی موجود است. در شکل پایین چیدمان و ارتباط بین بخش های قبلی با بخش AMB ارائه شده است. همانطور که می توان دید، ورودی AMB فایل خروجی از بخش AcBuilder است. ابتدا اطلاعات هندسی بارگذاری شده است، سپس این اطلاعات می تواند در ردیف ۱ به کار برده شود.

برای استفاده از ردیف +۱ باید فایل geo.xml (شامل مش بندی سطحی و حجمی) از بخش SUMO آورده شود. این اطلاعات برای استفاده در روش پنل متد و روش اویلر EDGE لازم است. پس برای شبیه سازی ردیف +۱ خروجی SUMO لازم است. خروجی SUMO همچنین به عنوان ورودی برای شبیه سازی ردیف ۲ نیز لازم است. برای استفاده از ردیف ۲، فایل *.iges باید به نرم افزار های ICEM/CFD داده شود و پس از تولید شبکه، شبیه سازی RANS می تواند توسط حل گر های جداگانه دیگر محاسبه شود.

نحوه ی ارتباط بخش های مختلف با ردیف های ماژول AMB

همانطور که قبلا اشاره شد، داده های آیرودینامیکی به کمک مدل جدولی تولید می شود. در ماژول AMB جدول آیرودینامیکی دارای فرمت زیر است:

  • α زاویه ی حمله
  • M عدد ماخ
  • β زاویه ی شیب طرفین
  • q، p و r به ترتیب چرخش پیچ، رول و یاو (گردش حول محور عرضی، گردش حول محور طولی و گردش حول محور عمود بر هواپیما)
  • سه سطح کنترلی با قابلیت تغییر؛ الویتور δe رادر و ایلورن

جدول مربوطه خطی سازی شده و از هفت جدول سه بعدی شامل α، M و پارامتر سوم (β، q، p، r، δe ، δr ، و δa) ساخته شده است. در ماژول AMB از سیستم مختصات بدنی هماهنگ با استاندارد جهانی سیستم مختصات ISO 1151-1 استفاده شده است. محاسبات ردیف ۱ و ردیف +۱ بر اساس دیجیتال داتکام، Tornado و Edge Euler انجام شده است. در ادامه این سه روش محاسباتی معرفی شده است.

دیجیتال داتکام (در آینده نرم افزار دیجیتال داتکام به صورت جداگانه در سایت هوافضای جوان معرفی خواهد شد)

دیجیتال داتکام نسخه ی الکترونیکی خلاصه ای از داده های پایداری و کنترل USAF می باشد. داتکام مجموعه ای از فرمول های جبری و نیمه تجربی جمع آوری شده در یک کتاب مرجع است که در دهه ی هفتاد میلادی شروع به توسعه یافتن کرد. این مجموعه بر پایه ی FORTRAN توسعه یافت. به کمک جزئیات هندسی و شرایط پروازی، دیجیتال داتکام قادر به محاسبه ی مجهولات آیرودینامیکی می باشد.

TORNADO

محاسبات مربوط به شرایط نامتعارف را به کمک Tornado می توان بدون مشکل انجام داد. Tornado بر اساس روش شبکه ی گردابه ای پایدار پایه گذاری شده است که جملات نیروها، گشتاور ها و ضرایب آیرودینامیکی را می توان با آن محاسبه کرد. جمله ی لزجت با معادلات تجربی در محاسبات وارد شده است. همه ی این محاسبات با در نظر گرفتن زاویه جمله، زاویه ی شیب طرفین (slipside)، زوایای چرخش-پیچش-غلط و مقدار تغییر فرم سطح کنترلی محاسبه می شود. همچنین، شرایط جریان تراکم ناپذیر با ضریب تصحیح پراندتل-گلارت (Pranddtl-Glauert) محاسبه می شود، به طوری که نتایج بدست آمده تا ماخ شش دهم از دقت مناسبی برخوردار است. نتایج خطی بدست آمده به همراه کد دو بعدی لزج ایرفویل XFOIL ترکیب می شود و همچنین در حال حاظر نسخه ی ناپایدار Tornado نیز در حال توسعه می باشد.

Edge Euler

Edge یک سیستم حل گر موازی سیال CFD می باشد که مسائل دو بعدی و سه بعدی سیال تراکم پذیر لزج را روی شبکه های نا منظم حل می کند. در این حل گر از روش حجم محدود، Finite Element، برای برخورد با مسائل سیالاتی استفاده شده است. در نرم افزار CEASIOM، کد Edge Euler به کمک نرم افزار MATLAB بارگذاری می شود.

محیط ماژول AMB

پس از بارگذاری نرم افزار CEASIOM در MATLAB مشابه فرایندی که در درسنامه ی دوم ارائه شد، می توان به صورت زیر ماژول تحلیل آیرودینامیکی AMB را از میان گزینه های موجود انتخاب کرد.

انتخاب ماژول AMB

بعد از انتحاب ماژول AMB، فایل با فرمت *.xml خروجی از بخش قبل، به عنوان مثال ماژول Weight and Balance را برای ادامه محاسبات انتخاب می کنیم.

بارگذاری فایل *.xml حاوی اطلاعات خروجی از ماژول AcBuilder و Weight and Balance

سپس در اینجا وارد پنجره اصلی محیط AMB می شویم. در سمت چپ ابزار ایجاد نمودار های مختلف تعبیه شده است. همچنین، سمت راست پنجره اصلی ماژول AMB به سه قسمت تقسیم شده: قسمت بالا، وسط و پایین.

پنجره اصلی ماژول AMB در نرم افزار CEASIOM

قسمت سمت راست پایین جدول های مختلفی را نشان می دهد که با انتخاب هر کدام از ابزار های قسمت سمت راست بالا، اطلاعات این قسمت نیز تغییر می کند. قسمت سمت راست بالا دارای نه ابزار مختلف به صورت زیر است که با فعال سازی آنها می توان به اطلاعات مربوط به داده های آیرودینامیکی هواپیما دسترسی پیدا کرد.

  • Ref Data- با انتخاب این ابزار می توان اطلاعات گرفته شده از AcBuilder را ویرایش کرد. این اطلاعات در گوشه پایین سمت راست قابل دسترس می باشد.

اطلاعات ابزار Ref Data

  • States- با انتخاب این ابزار می توان مقادیر بیشینه، کمینه و تعداد متغیر های آیرودینامیکی دخیل در محاسبات آیرودینامیکی را انتخاب کرد.

اطلاعات مربوط به ابزار States

  • Tables- با استفاده از این ابزار می توان جدول حاوی اطلاعات آیرودینامیکی را مشاهده کرد.

اطلاعات ابزار Tables

  • Model- به کمک این ابزار می توان نوع مدل دینامیکی پرواز را انتخاب کرد.

اطلاعات ابزار Model

  • Airfoils- با انتخاب این ابزار می توان به تمامی ایرفویل های به کار برده شده در این هواپیما دسترسی پیدا کرد و در صورت لزوم آنها را تغییر داد

اطلاعات ابزار Airfoils

  • GEO Layout و GEO DATCOM- به کمک این دو ابزار می توان طرح بندی هواپیما را با توجه به تغییرات اعمالی به روز رسانی کرد.

اطلاعات ابزار GEO DATCOM و GEO Layout

  • GEO TORNADO- با انتخاب این ابزار چهار تصویر مربوط به طرح بندی هندسه ی تورنادو به نمایش در خواهد آمد. با اعمال این تغییرات هشت ابزار در گوشه بالا سمت راست به حالت سبز در آمده که در این حالت می توان به مرحله ی، بعد یعنی استفاده از ابزار موجود در سمت راست مرکزی، مراجعه کرد.

اطلاعات ابزار GEO TORNADO

قسمت سمت راست مرکزی سه انتخاب فعال برای حل محاسبات آیرودینامیکی ارائه شده است. همانطور که در بخش های قبل توضیح داده شد، انتخاب حل گر RANS مربوط به ردیف ۲ می باشد که در حال حاظر در نرم افزار CEASIOM غیر فعال است. کاربر می تواند نحوه ی حل محاسبات آیرودینامیکی را با استفاده از ابزار های این قسمت انتخاب کند.

به عنوان  مثال، با انتخاب حل گر DATCOM در گوشه پایین سمت راست می توان نوع فلپ به کار برده شده در Elevator و Rudder را انتخاب نموده و سپس برای انجام محاسبات دکمه Run را فشار داد.

انتخاب استفاده از روش DATCOM برای انجام محاسبات آیرودینامیکی

با اتمام محاسبات گزینه ی DATCOM سبز رنگ خواهد شد و می توان نتایج بدست آمده را در یک فایل *.xml ذخیره کرد.

پس از اتمام محاسبات DATCOM برای ذخیره محاسبات، می توان با استفاده از نوارابزار گوشه بالا سمت چپ گزینه ی Save Model xml را انتخاب نمود.

منابع:

http://tornado.redhammer.se/

http://www.pdas.com/datcom.html

https://www.ceasiom.com


 

 

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

لطفا معادله امنیتی را وارد کنید. * Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.