В статье автор разрабатывает приложение для анализа и исследования собственных частот колебания консоли крыла самолета
Ключевые слова : имитационная модель, Anylogic, флаттер, консоль крыла, графический интерфейс
Основная цель исследования — разработка имитационной модели исследования собственных частот колебания консоли крыла самолета в среде Anylogic, для последующего решения проблемы флаттера или других возникающих колебаний, приводящих к разрушению крыла.
Разрабатываемая система должна находить частоты собственных колебаний консоли крыла закрепленной к фюзеляжу, в зависимости от полноты баков. Топливная система самолета располагается по всему крылу равномерно. Расчеты проводятся без учета материалов консоли крыла самолета. Прототип самолета можно будет задать свой, в зависимости от неизменных инженерных характеристик крыла самолета, программа будет вычислять нужные для специалиста параметры.
Имитационное моделирование позволит с помощью простых объектов описать реальную систему, называемую моделью. Моделирование применяется в случаях, когда проведение экспериментов над реальной системой невозможно или нецелесообразно, например, из-за высокой стоимости или длительности проведения эксперимента в реальном масштабе времени. Многие системы моделирования позволяют менять параметры модели только до запуска модели на выполнение.
AnyLogic позволяет пользователю вмешиваться в работу модели, изменяя параметры модели в процессе ее функционирования. Примером таких средств являются слайдеры, которые могут быть введены в окно анимации.
Практическая ценность работы заключается в создании работоспособной автоматизированной системы модели крыла самолета, позволяющей сократить ручной труд специалиста и снизить затраты во времени, связанные с нахождением нужных параметров отдельно, возможность внедрение системы и её расширения в будущем. Прикладная программа должна исследовать модель, при критических значениях параметра и иметь возможность адаптировать модель при реальных условиях. Anylogic имеет открытый код, что позволяет наращивать функциональность модели.
Актуальность исследования:
— Упрощение математических расчетов и анализа конструкции, для оперативного расчета БПЛА (беспилотных летательных аппаратов) или других воздушных судов.
— Проверка выполнения условий, что расчетные параметры лежат в определенно заданных переделах, а также анализ отклонений от нормы.
— Интерфейс программы позволяет варьировать большой набор различных входных физических параметров и визуализировать результаты в виде графиков, что дает возможность использовать данный продукт не подготовленному, с точки зрения программирования, пользователю.
На первом этапе происходит создание входных параметров и визуализации консоли крыла, используя графический интерфейс программы, с возможностью варьирования параметров во время функционирования, проиллюстрируем это на рис. 1.
Рис. 1. Блок входных параметров в графическом редакторе среды Anylogic
Основные формулы нужные для расчетов:
Площадь консоли крыла (1)
Распределение полной массы по площади (2)
где
Дальше для вычисления более точных результатов была применена дискретизация крыла на 10 равных частей, массу каждого участка распределим в центре
Массу каждого участка крыла (6) найдем через тангенс угла (3) подобных треугольников (4) и (5) рис. 2.
Рис. 2. Нахождение массы крыла через площадь трапеции
Коэффициент податливости через интеграл Мора (4.12).
Чтобы найти собственные частоты воспользуемся системой (8) при отсутствие внешних сил
Из формулы (8) можно вычислить собственные колебания, обозначим матрицу [B]=
Плотность с учетом расхода топлива на 10 участках полета (10).
Параметры, которые задаются при начале работы с помощью ползунков.
Геометрия крыла:
— LengthL — малая хорда;
— LengthH — большая хорда;
— Width — длинна спрямленной консоли.
Загруженность крыла:
— Fuel — топливо;
— Weight — вес крыла;
— Weight_engine — вес двигателя самолета.
Дополнительные параметры:
EI — изгибная жесткость
На втором этапе происходит формирование плана создания модели и ее реализации с помощью программного кода.
На рис. 3 представлена блок-схема имитационной модели для нахождения собственных частот колебания консоли крыла на всем пути летательного аппарата.
Рис. 3. Блок схема работы имитационной модели
Функции массы, коэффициента податливости и собственных частот, написанные на языке Java с помощью графического интерфейса программы, представлены на рис. 4.
Рис. 4. Свойства окон функций консоли крыла в среде Anylogic
Пример работы модели произвольной консоли представлен на рис. 5.
Рис. 5.
Входные параметры произвольной консоли:
Большая хорда 3 м, малая хорда 1,5 м, длинна спрямленной консоли 15 м, топливо 4800 кг, вес крыла 1200 кг, Вес одного двигателя 400 кг.
В ходе данной работы:
— Разработан программный комплекс, позволяющий рассчитать параметры консоли крыла в интерактивном режиме.
— Модель создана в режиме открытого доступа, что позволяет её усовершенствовать, другими дополнительными функциональными возможностями для расчета консоли крыла.
Литература:
- Назначение и возможности инструментальной среды AnyLogic [Электронный ресурс]. https://zdamsam.ru/a10946.html
- Безуевский А. В. Особенности характеристик статической и динамической аэроупругости летательных аппаратов с крылом большого удлинения: диссертация / Безуевский А. В. Жуковский, 2019–151с
- Д. В. Хомицкий. Моделирование элементов динамики самолёта в условиях неустойчивости на большой высоте Практикум — Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2008. — 37 с.
- Чепурных И. В. Прочность конструкции летательных аппаратов: учеб. Пособие / И. В. Чепурных. — Комсомольск-на-Амуре: ФГБОУ ВПО “КнАГТУ”, 2013.-137 с. ISBN 978–5-7765–1035–9.
