4.10 Аэродинамическая сила на секцию осесимметричного летательного аппарата
Силовой элемент предназначен для моделирования аэродинамического воздействия на секцию осесимметричного летательного аппарата. Аэродинамические характеристики задаются в файле формата «*.xml». Файл содержит:
– характерная аэродинамическая площадь;
– характерный аэродинамический размер;
– смещение базовой точки аэродинамического воздействия относительно опорной точки;
– смещение, соответствующее началу секции;
– смещение, соответствующее концу секции;
– коэффициент продольной силы 
;
– коэффициент нормальной силы 
;
– коэффициент статического момента относительно боковой оси 
.В исходных данных силового элемента задаются опорная точка и вектор оси симметрии летательного аппарата VectorS. При формировании силового элемента создается базовая точка аэродинамического воздействия. Она располагается на расстоянии по вектору относительно опорной точки. Базовая точка жестко связана со звеном. Создается копия VectorS* и прикрепляется к звену. Схематический вид силового элемента представлен на рис. 2.
Рис. 2. Аэродинамическая сила на сектор летательного аппарата
Синтаксис метода создания
Aerodynamics10(Flow, Body, Point0, vectorS, File, pointFlow=…, work=..., color=..., visible=...)
Обязательные позиционные параметры метода
medium Flow
body Body
point P0
Опорная точка, относительно которой определяется смещение базовой точки.
vector VectorX
Вектор оси симметрии внешней формы звена. Направлен от носка летательного аппарата к его хвосту.
string File
Строка с адресом файла, содержащим таблицы, задающие АДХ. Формат файла описан ниже.
Необязательные именованные параметры метода
pointFlow = pointТочка взаимодействия звена со средой. Копия этой точки pointFlow* прикрепляется к звену. В точке pointFlow* определяются параметры набегающего потока, визуализируются сам силовой элемент и векторы его аэродинамических сил и моментов.
По умолчанию, если параметр pointFlow не задан, точка взаимодействия звена со средой совпадает с базовой точкой аэродинамического воздействия.
work =..., color =..., visible =...
work =..., color =..., visible =...Параметры являются общими для всех методов создания силовых элементов и описаны в пункте «Необязательные именованные параметры всех методов создания» общей части раздела «Силовой элемент (force)» главы «Основные объекты» книги «Описание объектов многокомпонентной механической системы».
Внутренние системные объекты
sensor alphaS [angle]
Пространственный угол атаки.
sensor velocity [length/time]
sensor Mach [-]
Описание
В математической модели силового элемента все аэродинамические характеристики задаются в системе координат OXNB, связанной с плоскостью пространственного угла атаки 
. Продольная ось OX совпадает с осью симметрии летательного аппарата и направлена от хвоста к носку летательного аппарата. Плоскость потока – плоскость, образуемая продольной осью летательного аппарата и вектором скорости набегающего потока. Нормальная ось ON определяется в каждый момент времени. Она перпендикулярна продольной оси, лежит в плоскости потока и направлена в сторону вектора скорости набегающего потока. Боковая ось OB ортогональна осям OX, ON и дополняет их до правой тройки.
. Продольная ось OX совпадает с осью симметрии летательного аппарата и направлена от хвоста к носку летательного аппарата. Плоскость потока – плоскость, образуемая продольной осью летательного аппарата и вектором скорости набегающего потока. Нормальная ось ON определяется в каждый момент времени. Она перпендикулярна продольной оси, лежит в плоскости потока и направлена в сторону вектора скорости набегающего потока. Боковая ось OB ортогональна осям OX, ON и дополняет их до правой тройки. При расчете силового элемента в каждый момент времени определяются следующие параметры взаимодействия звена со средой:
– скорость звена относительно среды;
– пространственный угол атаки, то есть угол между вектором VectorS* и вектором скорости среды относительно звена;
– плотность среды;
– число движения, равное отношению скорости звена относительно среды к скорости звука в ней.Все параметры взаимодействия звена со средой определяются в базовой точке аэродинамического воздействия. Если задан параметр pointFlow, то в точке pointFlow*.
Силы и моменты, действующие на летательный аппарат, определяются следующим образом.
Продольная сила:
, (4.1)где 
– скоростной напор;
– скоростной напор;Нормальная сила в плоскости потока:
, (4.2)Момент нормальной силы в плоскости потока:
.Формирование исходных данных
Все данные задаются в файле формата «*.xml». Содержимое файла обрамляется открывающим тегом <Aero_Section> и закрывающим тегом </Aero_Section>. В открывающем теге обязательно должны быть заданы атрибуты 
, 
,
, 
, 
имеющие следующие обозначения:
, ,, , имеющие следующие обозначения:Sa – характерная аэродинамическая площадь;
La – характерный аэродинамический размер;
sA – смещение базовой точки аэродинамического воздействия относительно опорной точки;
s1 – смещение, соответствующее началу секции;
s2 – смещение, соответствующее концу секции.
Аэродинамические характеристики, зависящие от пространственного угла атаки 
и числа маха 
, задаются в таблице с тегом <ADC> в формате файла TBL. В открывающем теге обязательно должен быть задан атрибут числа Маха . Значения должны быть отсортированы по возрастанию угла атаки . Таблица должна иметь следующие столбцы, приведенные в строгой последовательности, представленной ниже:
и числа маха , задаются в таблице с тегом <ADC> в формате файла TBL. В открывающем теге обязательно должен быть задан атрибут числа Маха . Значения должны быть отсортированы по возрастанию угла атаки . Таблица должна иметь следующие столбцы, приведенные в строгой последовательности, представленной ниже:Cx – коэффициент продольной силы 
;
;Cn – коэффициент нормальной силы 
;
;mB – коэффициент статического момента относительно боковой оси 
Таблицы в XML-файле могут располагаться в любом порядке. Промежуточные значения коэффициентов, а также значения при выходе аргумента за заданный диапазон, определяются с помощью линейной интерполяции. При выходе числа за пределы заданного диапазона значения всех коэффициентов принимаются равными при крайних значениях числа . Пример приведен на рис. 3.
за заданный диапазон, определяются с помощью линейной интерполяции. При выходе числа за пределы заданного диапазона значения всех коэффициентов принимаются равными при крайних значениях числа . Пример приведен на рис. 3.
Рис. 3. Пример интерполяции аэродинамических характеристик
Пример файла данных
<Aero_Section Sa="0.401515 [m2]" La="11.098 [m]" sA="0.556843126484 [m]" s1="0 [m]" s2="0.88 [m]">
<ADC M="0.5 []">
4
alphaS [deg] //Пространственный угол атаки
Cx [] //Коэфф-т продольной силы
Cn [] //Коэфф-т нормальной силы
mB [] //Коэфф-т момента отн. оси В
//alphaS Cx Cn mB
0 0.00249052793367 0 0
1 0.00249052793367 0.00740458911608 5.9466667974e-05
10 0.00249052793367 0.0746498969343 0.000541785084461
20 0.00249052793367 0.157254799393 0.000902969492386
30 0.00249052793367 0.259826804996 0.00114692124498
</ADC>
<ADC M="1.2 []">
4
alphaS [deg] //Пространственный угол атаки
Cx [] //Коэфф-т продольной силы
Cn [] //Коэфф-т нормальной силы
mB [] //Коэфф-т момента отн. оси В
alphaS [deg] //Пространственный угол атаки
//alphaS Cx Cn mB
0 0.0332761212786 0 0
1 0.0332761212786 0.0084788530241 6.88649130168e-05
2 0.0332761212786 0.0169510736243 0.000137554710958
3 0.0332761212786 0.0254269278594 0.000205501685795
4 0.0332761212786 0.0339026454954 0.000272477490035
5 0.0332761212786 0.0423945316625 0.00033778381985
6 0.0332761212786 0.0508923661313 0.000401681591731
</ADC>
<…>
…
</…>
</Aero_Section>
|
Исходные данные, полученные, как результат продувок, расчетов или экспериментов, должны быть представлены в виде, изложенном далее.
В исходной директории должны содержаться следующие файлы: «Geometry.xlsx» и «MXX.XX_A(m/p)XX.XX.xlsx». Файл «Geometry.xlsx» содержит зависимость радиуса поперечного сечения от координаты вдоль летательного аппарата.
|
Пример такого файла приведен на рис. 4.
Рис. 4. Пример файла геометрии летательного аппарата
В первом столбце задаются координаты вдоль изделия. Во втором столбце задаются соответствующие им радиусы. Данный файл является общим для всех последующих расчетных точек.
Расчетной точкой называется таблица аэродинамических коэффициентов при фиксированных параметрах аэродинамического воздействия: угол атаки 
и число маха 
. Правило наименования файлов расчетных точек приведено на рис. 5.
и число маха . Правило наименования файлов расчетных точек приведено на рис. 5.
Рис. 5. Наименование расчетной точки
Для таблицы со значением числа Маха 
и пространственным углом атаки 
название файла будет иметь вид: «М01.20_Ар05.00.xlsx». Содержание расчетной точки должно соответствовать формату, приведенному на рисунке 6.
и пространственным углом атаки название файла будет иметь вид: «М01.20_Ар05.00.xlsx». Содержание расчетной точки должно соответствовать формату, приведенному на рисунке 6.
Рис. 6. Формат файла аэродинамических коэффициентов
В первой строке задается число маха , во второй строке задается пространственный угол атаки .
, во второй строке задается пространственный угол атаки .Начиная с четвертой строки задаются аэродинамические характеристики летательного аппарата.
Расположение обозначений и численных значений должно строго совпадать с тем, что изображено на рисунке.
Аэродинамические коэффициенты находятся следующим образом.
Коэффициент продольной силы :
:
. (1)Коэффициент нормальной силы :
:
. (2)Коэффициент статического момента 
:
:
, (3)где 
– геометрический центр сектора.
– геометрический центр сектора.Геометрический центр сектора определяется по следующей формуле:
определяется по следующей формуле:
. (4)Для получения файлов формата «*.xml» используется программа AeroConverter. Интерфейс программы представлен на рис. 7.
Рис. 7. Интерфейс AeroConverter
Входным параметром является файл формата «*.json», в котором, согласно формату на рис. 8, задаются следующие параметры:
input_dir – директория в которой находятся расчетные точки и файл геометрии;
output_dir – директория в которую будут сохранены файлы *.xml;
input_table_format – формат расчетной точки.
sa – характерная аэродинамическая площадь;
la – характерный линейный размер;
segments – список координат секций.
Размер списка определяет количество секций для пересчета коэффициентов. Секции должны быть замкнуты относительно друг друга, координата конца секции должна советовать координате начала следующей секции.
Рис. 8. Пример json файла