Введение

Программа United States Air Force Stability and Control Digital DATCOM – это компьютерная программа, реализующая методы, представленные в USAF Stability and Control DATCOM, для вычисления характеристик статической устойчивости, управляемости и динамических производных самолетов с неподвижным крылом. Digital DATCOM требует входной файл, содержащий геометрическое описание самолета, и выдает соответствующие безразмерные производные устойчивости в соответствии с заданными условиями полета. Полученные значения могут быть использованы для расчета важных аспектов динамики полета.

Входные данные

Раздел 3 Руководства цифровых DATCOM ВВС США, том I, определяет входные данные, доступные для моделирования летательного аппарата. Эти данные сгруппированы по спискам именованных переменных для упрощения чтения файла в FORTRAN.

Условия полета и варианты

В списке FLTCON описаны условия полета для рассматриваемого случая. Одновременно можно выполнить расчет для максимум 400 комбинаций числа Маха и высоты, при этом для каждой комбинации допускается до 20 углов атаки. Пользователь может выбрать, будут ли число Маха и высота изменяться совместно, число Маха изменяться при постоянной высоте, или высота изменяться при постоянном числе Маха. В Digital DATCOM возможен как дозвуковой, так и сверхзвуковой анализ. В списке OPTINS определяются опорные параметры самолета. Вводятся теоретическая площадь крыла, средняя аэродинамическая хорда и размах крыла, а также параметр, определяющий шероховатость поверхности самолета.

Параметры синтеза

SYNTHS Namelist позволяет пользователю задавать положение центра тяжести и вершины крыльев. Для корректного синтеза самолета необходимы координаты X и Z для крыла, горизонтального и вертикального оперения. DATCOM не требует, чтобы началом координат для самолета была его носовая часть; можно использовать любую произвольную точку, но все размеры должны отсчитываться от нее. Также можно задать углы установки для крыла и горизонтального оперения.

Параметры корпуса

"Перечень BODY" определяет форму тела. Цифровая DATCOM предполагает осесимметричную форму для тела. Можно задать до 20 станций, для каждой из которых определяются полуширина фюзеляжа, верхняя и нижняя координаты. Для сверхзвукового анализа можно ввести дополнительные параметры.

Параметры крыла, горизонтального и вертикального хвоста

В списках WGPLNF, HTPLNF и VTPLNF определяются соответственно геометрия крыла, горизонтального и вертикального оперения. В качестве входных данных указываются основные параметры, такие как хорда у корневой части, хорда на законцовке, полуразмах, крутка, диэдральный угол и стреловидность. Цифровой DATCOM также принимает схемы крыла, геометрия которых изменяется по размаху, например, как у самолета F4 Phantom II, имевшего 15 градусов диэдра на законцовках крыла. В Digital DATCOM также можно анализировать конфигурации с предкрылками. Предкрылок необходимо задавать как переднюю несущую поверхность (то есть крыло), а крыло – как заднюю несущую поверхность. Для обозначения профилей в Digital DATCOM можно использовать большинство традиционных профилей NACA серий 4, 5 и 6. Кроме того, пользовательские профили можно вводить с помощью соответствующих списков параметров. Также в Digital DATCOM можно задавать двухкилевое оперение, но нельзя задавать двухбалочную конструкцию.

Высокие подъемные и управляющие устройства

С помощью файлов параметров SYMFLP и ASYFLP можно определить закрылки, рули высоты и элероны. Цифровой DATCOM поддерживает множество типов закрылков, включая простые, однощелевые и закрылки типа Fowler. Можно анализировать до 9 положений закрылков для каждой комбинации числа Маха и высоты. К сожалению, руль направления не реализован в Digital DATCOM. Digital DATCOM также предлагает автоматическую функцию триммирования самолета, которая рассчитывает отклонения руля высоты, необходимые для достижения устойчивого положения.

Другие входы

Другие цифровые входы DATCOM включают в себя эффекты мощности (от пропеллера и реактивного двигателя), эффекты земли, отклонение триммеров и экспериментальные данные. С помощью списка параметров EXPRXX пользователь может использовать экспериментальные данные (например, коэффициент подъёмной силы, коэффициент сопротивления и т.д.) вместо данных, которые Digital DATCOM генерирует на промежуточных этапах построения компонентной модели. Все размеры задаются в футах и градусах, если не указано иное. Digital DATCOM предоставляет команды для вывода динамических производных (DAMP), а также коэффициентов устойчивости каждого компонента (BUILD).

Ограничения

Входные, внешние и другие выступы невозможно ввести, поскольку Digital DATCOM анализирует фюзеляж как тело вращения. Это упрощение влияет на коэффициент сопротивления летательного аппарата. Динамические производные не выводятся для летательных аппаратов, у которых крылья не имеют прямой трапециевидной формы или оснащены корневыми наплывами. Эту проблему можно решить, используя экспериментальные данные для крыла и фюзеляжа (с использованием крыла нетрапециевидной формы). Не предусмотрена возможность ввода двухкилевого хвостового оперения, установленного на фюзеляже, хотя для Т-образного хвостового оперения такая возможность есть. Эту проблему можно решить, аппроксимируя два вертикальных киля одним эквивалентным вертикальным килем, установленным на фюзеляже. Digital DATCOM не может предоставить результаты для производных органов управления относительно руля направления. Согласно руководству, отсутствуют какие-либо входные параметры, определяющие геометрию руля направления. Digital DATCOM не может анализировать одновременно три несущие поверхности, такие как схема с передним горизонтальным оперением и основным горизонтальным оперением. Эту проблему можно решить путем суперпозиции несущих поверхностей с использованием опции экспериментального ввода.

Современное развитие

Среди пользователей этого пакета есть планы по его улучшению, в частности, за счет более удобного пользовательского интерфейса и расширенных выходных данных.

DATCOM+

В то время как оригинальная программа DIGDAT осталась практически без изменений, был создан новый интерфейс, позволяющий пользователю присваивать входному файлу более информативное имя, чем FOR005.DAT. Новый формат входного файла позволяет пользователю добавлять комментарии непосредственно в файл. В DIGDAT также добавлены возможности для формирования альтернативных выходных данных, помимо оригинального формата, ширина которого составляет 132 столбца и который сложно импортировать в другие приложения. Предусмотрено графическое представление данных о самолете в AC3D, а также вывод таблиц данных в формате XML для проектов JSBSim и FlightGear, и файл таблицы данных LFI (линейной функциональной интерполяции) в свободном формате. Вместе с программой DIGDAT поставляются средства просмотра файлов выходных форматов AC3D, XML и LFI. Таблицы данных можно легко выводить на экран или сохранять в PNG-файлы для включения в отчеты.

Mathworks Aerospace Toolbox (Код инструментов для аэрокосмической промышленности)

Aerospace Toolbox включает функцию для импорта выходных файлов из Digital DATCOM в MATLAB. Эта функция позволяет извлекать аэродинамические коэффициенты из статических и динамических расчетов и передавать их в MATLAB в виде ячейкового массива структур, где каждая структура содержит информацию об одном выходном файле Digital DATCOM.

ОткрытыйDatcom

OpenDatcom — это графический интерфейс с открытым исходным кодом для Digital DATCOM, разработанный и поддерживаемый сообществом OpenAE. OpenDatcom включает в себя всю базовую (неэкспериментальную) функциональность, поддерживаемую Digital DATCOM, и обеспечивает проверку ошибок ввода и границ в режиме реального времени. Альфа-версия программы была выпущена 1 ноября 2009 года в открытый доступ. Веб-сайт OpenAE.org больше не функционирует.

Прогнозирование аэродинамики конструктивно поврежденных самолетов

Были проведены исследования по использованию Digital DATCOM в сочетании с аэродинамическими испытаниями в трубе для прогнозирования аэродинамики структурно поврежденных самолетов. Доктор Билал Сиддики из Университета DHA Suffa представил подход к прогнозированию нелинейной аэродинамики модели самолета с конструктивными повреждениями, основанный на инженерных методах аэродинамического прогнозирования DATCOM. Первичные результаты расчетов демонстрируют хорошую корреляцию с данными, полученными в аэродинамической трубе, при очень малых углах атаки, однако точность быстро снижается с увеличением угла атаки. Далее предлагается новая методология, сочетающая экспериментальные данные для неповрежденных самолетов с прогнозируемой аэродинамикой поврежденных вариантов, что позволяет добиться лучшей корреляции между экспериментальными и расчетными аэродинамическими коэффициентами для поврежденных самолетов. Исследованы три конфигурации повреждений на сверхзвуковых скоростях. Данная методология может быть использована для оперативного создания аэродинамических моделей поврежденных самолетов для целей моделирования и систем реконфигурируемого управления.