بخشی از مقاله
چکیده
هدف از طراحی نرم افزار شبیه ساز پرواز دو هواپیماي F 4 ، F 16 به همراه طراحی یک خلبان خودکار این است که به کمک یک ناظر، پایدارکننده و یک انتخاب کننده، هواپیماها مانورهاي مختلف را به صورت ترکیبی انجام دهد، در این شبیه سازي این نوع فعالیت ها انجام گرفته است:
به دست آوردن و شبیه سازي مشخصات هواپیما از جمله: شبیه سازي موتور، تغییرات وزن، مرکز جرم، تحلیل و به دست آوردن ضرایب آیرودینامیکی از روش مهندسی - کد نویسی نرم افزار Digital Datcom و - AAA، اصلاح ضرایب به دست آمده توسط مقایسه با مراجع موجود، حل معادلات شش درجه آزادي، پیاده سازي معادلات در محیط سیمولینک، اصلاح و کالیبره کردن مدل براساس اطلاعات مراجع، طراحی کنترل کننده، جهت طی نمودن مسیر طراحی شده توسط خلبان خودکار.
مقدمه
استفاده از شبیهسازي اهداف مجازي از آن جهت مفید است که هزینهها و زمان آزمایش سامانه پدافندي کاهشیافته و میتوان پیش از تست میدانی و استفاده از اهداف حقیقی، اشکالات و معایب سیستم پدافند را شناسایی نموده و درصدد رفع این مشکلات برآمد.
ساختار کلی نرم افزار
هدف از طراحی این نرمافزار شبیهسازي انواع هواپیماهاي جنگی و موشکهاي بالستیک است که در فاز اول آن شبیهسازي دو هواپیماي F 4، F 16 بوده این نرمافزار شامل دو قسمت است در قسمت اول بعد از شبیهسازي موتور، تغییرات وزن، مرکز جرم، ممان اینرسی و ضرایب آیرودینامیکی از حل معادلات شش درجه آزادي مقادیر سرعت و شتاب خطّی و زاویهاي و از انتگرالگیري از مقادیر بهدست آمده، موقعیت وسیله پرنده و مقادیر زوایاي اویلر آن بهدست میآید، ضرایب و مشتقات استاتیکی، دینامیکی و کنترلی از روش مهندسی - کد نویسی نرمافزار Digital Datcom و - AAA، بهدست آمده است، همچنین با استفاده از اسناد مربوط به موتور هواپیماها مدلسازي نیروي پیشرانش صورت گرفته است، ورودي بلوك تراست شامل زاویه دستهگاز، ارتفاع و ماخ و خروجی آن میزان تراست تولیدي توسط موتور با درونیابی و برونیابی از جداول دادهها است.
تغییرات وزن، مرکز جرم و ممان اینرسی از مرجع بهدست آمده است که در نهایت با پیادهسازي موارد فوق پرواز هواپیما در محیط سیمولینک مطلب پیادهسازي میشود
شکل1 طرح ساختار نرمافزار شبیه سازي
قسمت دوم طراحی خلبان خودکاري است که به کمک آن بتوان بدون استفاده از Joystick هواپیما بتواند مانوهاي مختلفی که توسط کاربر تعریف شده، بهصورت متوالی انجام دهد، بدینگونه که با تعریف عدد هر مانور در خط فرمان توسط کابر، هواپیما براساس تعریف هر مانور به اجراي آن مانور میپردازد بهعنوان مثال Command=[2 1 3 1] یعنی در ابتدا هواپیما مانور حلقه را انجام دهد و بعد به حالت پایدار در آید و بعد مانور بمبریزي را انجام میدهد.
ساختار کلی معادلات شش درجه آزادي
قبل از وارد شدن به جزئیات لازم است که دید کلی از مدل سیمولینک تولید شده براي این زیرسیستم فراهم شود. نماي بیرونی زیرسیستم مربوط به شبیهسازي پرواز ششدرجهآزادي در شکل - 2 - نشان داده شده است. با توجه به شکل - 2 - مشاهده میگردد که وظیفه این زیرسیستم این است که با دریافت کمیتهاي جرمی - جرم و گشتاورهاي اینرسی - ، نیروهاي خارجی و گشتاورهاي خارجی مؤثر بر بدنه هواپیما، سرعت و شتاب خطی و زاویهاي و وضعیت هواپیما را محاسبه کند. بهطور خلاصه مجموعه اقدامات زیر در این زیر سیستم صورت میگیرد.
شکل -2 ساختار معادلات شش درجه آزادي
گشتاورهاي خارجی وارد بر بدنه هواپیما و تانسور گشتاورهاي اینرسی، وارد زیرسیستم A ngular Momentum میشود.
در این زیرس یستم معادلات حاکم بر دوران بدنه هواپیما حل می شود و سرعت و شتاب زاویهاي بدنه بهدست میآید.
سرعت زاویهاي محاسبه شده در زیرسیستم A ngular Momentum به همراه نیروهاي خارجی وارد بر بدنه و جرم هواپیما وارد زیرسیستم Linear Mo mentum میشود. در این زیرسیستم معادلات حاکم بر انتقال هواپیما حل میشود و سرعت و شتاب خطی بدنه بهدست میآید.
با استفاده از سرعت زاویهاي محاسبه شده در زیرسیستم Angu lar Momentum، معادلات دیفرانسیلی مربوط به کواترنینها در زیرسیستم Kinematics حل شده و وضعیت لحظهاي بدنه برحسب کمیتهاي کواترنینی محاسبه میشود. با استفاده از روابط موجود میتوان ماتریس کسینوسهاي هادي و زوایاي اویلر را با اس تفاده از کمیت هاي کواترنین ی محاسبه میشود. معادلات اصلی مورد استفاده بهصورت زیر است
آیرودینامیک
براي بهدست آوردن ضرایب آیرودینامیکی توسط نرمافزار D D و AAA لازم است که مشخصاتی از قبیل، مساحت، محیط، بیشترین شعاع، پایینترین و بالاترین نقطه روي سطح مقطع، براي مقاطع مختلف این جسم پرنده، استخراج گردد.
براي این منظور، لازم است،بدنه این هواپیما بهصورت کامل توسط یک نرمافزار طراحی مکانیکی نظیر SolidWorks مدل شده و سپس با برش زدن بر روي مدل، مشخصات سطح مقطعهاي مختلف استخراج گردد. لازم به ذکر است در این مقاله طریقه بهدست آوردن ضرایب آیرودینامیکی ، بیان میشود که در مورد هواپیماي F 4 ، نیز به همین گونه عمل شده است
اولین گام در پیادهسازي مکانیکی بدنه هواپیماي F 16، استخراج مشخصا ت ابعادي این هواپیما با استفاده از منابع در دسترس است.
براي این منظور، با تلاشهاي بهعمل آمده، یک فایل کامپیوتري با فرمت DW G از سه نماي یک هواپیماي مدل از هواپیماي F 16 با مقیاس تقریبًا 1:17 به همراه تعداد 8 سطح مقطع مختلف، بهدست آمد شکل . - 3 - برمبناي این سه نما - نماي بالا، روبرو و چپ - و سطح مقطعهاي ذکر شده، اقدام به مدلسازي سه بعدي از این هواپیماي مدل، در محیط نرم افزار گردید.
شکل -3 نماي از روبرو و چ پ و هشت سطح مقطع مختلف هواپیماي مدل با مقیاس 1:17 از هواپیماي F 16
