Hispanopedia WikiEl DATCOM Digital de Estabilidad y Control de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos es un programa informático que implementa los métodos del DATCOM de Estabilidad y Control de la USAF para calcular la estabilidad estática, el control y las características de las derivadas dinámicas de aeronaves de ala fija . El DATCOM Digital requiere un archivo de entrada con la descripción geométrica de la aeronave y genera sus correspondientes derivadas de estabilidad adimensionales según las condiciones de vuelo especificadas. Los valores obtenidos pueden utilizarse para calcular aspectos relevantes de la dinámica de vuelo .
Historia
En febrero de 1976, se inició el trabajo de automatización de los métodos contenidos en el DATCOM de Estabilidad y Control de la USAF, específicamente los de las secciones 4, 5, 6 y 7. El trabajo fue realizado por McDonnell Douglas Corporation bajo contrato con la Fuerza Aérea de los Estados Unidos, en colaboración con ingenieros del Laboratorio de Dinámica de Vuelo de la Fuerza Aérea en la Base Aérea Wright-Patterson . La implementación del DATCOM digital concluyó en noviembre de 1978.
El programa está escrito en FORTRAN IV y ha sido actualizado desde entonces; sin embargo, el núcleo del programa sigue siendo el mismo.
Se publicó un informe, dividido en tres volúmenes, que explica el uso de Digital DATCOM. El informe consta de:
- Volumen I, Manual del usuario
- Volumen II, Implementación de los métodos DATCOM
- Volumen III, Módulo de gráficos
Entradas
La sección 3 del volumen I del Manual DATCOM Digital de la USAF define las entradas disponibles para modelar una aeronave. Las entradas están categorizadas por listas de nombres para facilitar la lectura del archivo en FORTRAN.
Condiciones y opciones de vuelo
La lista de nombres FLTCON describe las condiciones de vuelo para el caso. Se pueden ejecutar hasta 400 combinaciones de Mach y altitud simultáneamente, con hasta 20 ángulos de ataque para cada combinación. El usuario puede especificar si el número Mach y la altitud varían conjuntamente, si el número Mach varía a una altitud constante o si la altitud varía a un número Mach constante. Tanto el análisis subsónico como el supersónico se pueden ejecutar en Digital DATCOM.
La lista de parámetros OPTINS define los parámetros de referencia para la aeronave. Se introducen la superficie alar teórica, la cuerda aerodinámica media y la envergadura , junto con un parámetro que define la rugosidad de la superficie de la aeronave.
Parámetros de síntesis
La lista de nombres SYNTHS permite al usuario definir las posiciones del centro de gravedad y los vértices de las alas. Se necesitan las coordenadas X e Z del ala , el estabilizador horizontal y el estabilizador vertical para que la aeronave se sintetice correctamente. DATCOM no requiere que el origen de la aeronave sea la nariz; cualquier punto arbitrario sirve, pero todas las dimensiones deben referenciarse a partir de ese punto. También se pueden añadir ángulos de incidencia al ala y al estabilizador horizontal.
Parámetros corporales
La lista de nombres BODY define la forma del cuerpo. El sistema DATCOM digital asume una forma axisimétrica para el cuerpo. Se pueden especificar hasta 20 estaciones, definiendo en cada una la mitad del ancho del fuselaje, la coordenada superior y la inferior. Para el análisis supersónico, se pueden introducir parámetros adicionales.
Parámetros de las alas, la cola horizontal y la cola vertical
Las listas de nombres WGPLNF, HTPLNF y VTPLNF definen el ala, el estabilizador horizontal y el estabilizador vertical, respectivamente. Se introducen parámetros básicos como la cuerda de la raíz, la cuerda de la punta, la semienvergadura, la torsión , el diedro y el ángulo de flecha . El sistema DATCOM digital también acepta configuraciones de ala que modifican su geometría a lo largo de la envergadura, como el F4 Phantom II , que tenía un diedro exterior de 15 grados.
Los alerones delanteros también pueden analizarse en Digital DATCOM. El alerón delantero debe especificarse como la superficie sustentadora delantera (es decir, el ala) y el ala como la superficie sustentadora trasera.
En Digital DATCOM, se pueden especificar la mayoría de los perfiles aerodinámicos tradicionales NACA 4, 5 y 6. Además, se pueden introducir perfiles aerodinámicos personalizados mediante las listas de nombres correspondientes. Asimismo, se pueden designar estabilizadores verticales dobles en Digital DATCOM, pero no brazos dobles.
Dispositivos de elevación y control de gran altura
Mediante las listas de nombres SYMFLP y ASYFLP, se pueden definir flaps , elevadores y alerones . Digital DATCOM admite una gran variedad de tipos de flaps, incluyendo flaps simples, de ranura única y Fowler. Se pueden analizar hasta 9 deflexiones de flaps para cada combinación de Mach y altitud. Lamentablemente, el timón de dirección no está implementado en Digital DATCOM.
El sistema DATCOM digital también ofrece una función de ajuste automático de la aeronave que calcula las deflexiones del elevador necesarias para equilibrarla .
Otras entradas
Otras entradas de Digital DATCOM incluyen efectos de potencia (hélice y reactor), efectos de suelo, compensadores y datos experimentales. La lista de nombres EXPRXX permite al usuario utilizar datos experimentales (como coeficiente de sustentación, coeficiente de resistencia, etc.) en lugar de los datos que Digital DATCOM genera en las etapas intermedias de la configuración de sus componentes.
Todas las dimensiones se expresan en pies y grados, salvo que se especifique lo contrario. El sistema DATCOM digital proporciona comandos para generar las derivadas dinámicas (DAMP) y los coeficientes de estabilidad de cada componente (BUILD).
Producción
El sistema DATCOM digital produce una gran cantidad de datos con la cantidad relativamente pequeña de entradas que requiere. Por defecto, solo se emiten los datos de la aeronave, pero se pueden emitir configuraciones adicionales:
- El cuerpo solo
- Ala sola
- Cola horizontal sola
- Cola vertical sola
- Configuración de ala-fuselaje
- Configuración de la cola horizontal del cuerpo
- Configuración de cola vertical del cuerpo
- Configuración de ala-cuerpo-cola horizontal
- Configuración de ala-cuerpo-cola vertical
- Configuración de ala, fuselaje, cola horizontal y cola vertical
Para cada configuración, se generan los coeficientes de estabilidad y sus derivadas en cada ángulo de ataque especificado. Los detalles de esta salida se definen en la Sección 6 del Volumen I del Manual DATCOM Digital de la USAF. La salida básica incluye:
- C L - Coeficiente de sustentación
- C D - Coeficiente de arrastre
- C m - Coeficiente de momento de cabeceo
- C N - Coeficiente de fuerza normal
- C A - Coeficiente de fuerza axial
- C Lα - Pendiente de la curva de sustentación (derivada del coeficiente de sustentación con respecto al ángulo de ataque)
- C mα - Pendiente de la curva del momento de cabeceo (derivada del coeficiente del momento de cabeceo con respecto al ángulo de ataque)
- C Yβ - Derivada del coeficiente de fuerza lateral con respecto al ángulo de deslizamiento lateral
- C nβ - Derivada del coeficiente del momento de guiñada con respecto al ángulo de deslizamiento lateral
- C lβ - Derivada del coeficiente de momento de rodadura con respecto al ángulo de deslizamiento lateral
Para configuraciones completas de aeronaves, también se incluyen datos de flujo descendente .
En comparación con los métodos modernos de dinámica de fluidos computacional , Digital DATCOM puede parecer anticuado. Sin embargo, en su época, el programa era una herramienta de estimación avanzada y, sin duda, mucho más rápida que leer páginas y páginas de textos de ingeniería. Digital DATCOM ya no cuenta con el soporte de la USAF y ahora es software de dominio público .
Limitaciones
Las tomas de aire, los depósitos externos y otras protuberancias no se pueden introducir porque el sistema DATCOM digital analiza el fuselaje como un cuerpo de revolución . Esta simplificación afecta al coeficiente de resistencia aerodinámica de la aeronave.
Las derivadas dinámicas no se obtienen para aeronaves con alas que no son de sección cónica recta o que tienen extensiones en el borde de ataque . Este problema se puede solucionar utilizando datos experimentales para el ala-fuselaje (empleando un ala con sección cónica no recta).
No existe un método para introducir dos estabilizadores verticales montados en el fuselaje, aunque sí existe un método para estabilizadores en forma de H. Este problema puede resolverse aproximando los dos estabilizadores verticales como un único estabilizador vertical equivalente montado en el fuselaje.
El sistema DATCOM digital no puede proporcionar datos de salida para las derivadas de control de la superficie de control del timón. Según el manual, no existen parámetros de entrada que definan la geometría del timón.
El sistema DATCOM digital no puede analizar tres superficies sustentadoras simultáneamente, como por ejemplo una configuración de ala canard y cola horizontal. Este problema se puede solucionar superponiendo las superficies sustentadoras mediante la opción de entrada experimental.
Desarrollo actual
Entre quienes utilizan este paquete existe la intención de mejorarlo en general, mediante una interfaz de usuario más sencilla y datos de salida más completos.
DATCOM+
Si bien el programa DIGDAT original se ha mantenido prácticamente intacto, se ha creado una nueva interfaz que permite al usuario nombrar el archivo de entrada con un nombre más significativo que FOR005.DAT. El nuevo formato de archivo de entrada permite al usuario añadir comentarios. También se han incorporado funciones a DIGDAT que permiten generar salidas alternativas, además del formato de salida original, que tiene 132 columnas y no se importa fácilmente a otras aplicaciones. Se incluye una representación gráfica de la salida de la aeronave en AC3D , así como una tabla de datos en formato XML para los proyectos JSBSim y FlightGear , además de un archivo de tabla de datos LFI (Interpolación de Función Lineal) de formato libre.
Junto con el programa DIGDAT, existen visores para los archivos de salida en formato AC3D, XML y LFI. Las tablas de datos se pueden mostrar fácilmente en pantalla o guardar como archivos PNG para su inclusión en informes.
Caja de herramientas aeroespaciales de Mathworks
Aerospace Toolbox incluye una función para importar archivos de salida de Digital DATCOM a MATLAB. Esta función permite recopilar coeficientes aerodinámicos de análisis estáticos y dinámicos y transferirlos a MATLAB como una matriz de celdas de estructuras, donde cada estructura contiene información sobre un archivo de salida de Digital DATCOM.
OpenDatcom
OpenDatcom es una interfaz gráfica de usuario de código abierto para el DATCOM digital, creada y alojada por OpenAE.OpenDatcom integra todas las funciones básicas (no experimentales) compatibles con Digital DATCOM, a la vez que proporciona comprobación de errores de entrada y límites en tiempo real. El 1 de noviembre de 2009 se lanzó al público una versión alfa del programa. El sitio web OpenAE.org ya no está activo.
Predicción de la aerodinámica de aeronaves con daños estructurales
Se han realizado algunas investigaciones sobre el uso de Digital DATCOM junto con estudios en túnel de viento para predecir la aerodinámica de aeronaves con daños estructurales. El Dr. Bilal Siddiqui de la Universidad DHA Suffa presentó un enfoque [ 1 ] para predecir la aerodinámica no lineal de un modelo de aeronave con daños estructurales basado en los métodos de predicción aerodinámica de nivel de ingeniería, DATCOM. Los resultados brutos del código proporcionan una buena correlación con los datos del túnel de viento a ángulos de ataque muy bajos, pero la precisión se deteriora rápidamente a medida que aumenta el ángulo de ataque. Se propone entonces una nueva metodología que combina los resultados experimentales de aeronaves sanas con la aerodinámica predicha de los casos dañados, para obtener una mejor correlación entre los coeficientes aerodinámicos experimentales y predichos para aeronaves dañadas. Se estudian tres configuraciones de daño a velocidades supersónicas. La metodología puede utilizarse para generar rápidamente un modelo aerodinámico para aeronaves dañadas para simulación y control reconfigurable.
Véase también
Referencias
- ↑, Utilizando USAF DATCOM para predecir la aerodinámica no lineal de aeronaves con daños estructurales,
- Williams, John E., Vukelich, Steven R. "El sistema digital de control y estabilidad DATCOM de la USAF. Volumen I. Manual del usuario." AFFDL-TR-79-3032 Volumen I , noviembre de 1979.
- Williams, John E., Vukelich, Steven R. "El sistema DATCOM digital de estabilidad y control de la USAF. Volumen II. Implementación de métodos DATCOM." AFFDL-TR-79-3032 Volumen II , noviembre de 1979.
- Williams, John E., Vukelich, Steven R. "El DATCOM digital de estabilidad y control de la USAF. Volumen III. Módulo de gráficos." AFFDL-TR-79-3032 Volumen III , noviembre de 1979.
- Blake, WB "Predicción de derivadas dinámicas de aeronaves de combate utilizando datos digitales", 3.ª Conferencia de Aerodinámica Aplicada de la AIAA, AIAA-1985-4070 , Colorado Springs, CO, octubre de 1985.
- Mathworks, Inc., "Diseño basado en modelos de una nueva aeronave ligera", Conferencia y exposición de tecnologías de modelado y simulación de la AIAA, AIAA-2007-6371 , Hilton Head, Carolina del Sur, agosto de 2007.
- Siddiqui, BA y Kassem, AH, "Uso de USAF DATCOM para predecir la aerodinámica no lineal de aeronaves con daños estructurales",Revista Internacional de Ingeniería Aeroespacial (I.RE.AS.E), enero de 2010.
Enlaces externos
- OpenDatcom
- DATCOM digital en la Universidad Aeronáutica Embry-Riddle
- Grupo Yahoo Digital_Datcom
- Rama de Optimización de la Teoría de Control del Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea
- Caja de herramientas aeroespaciales para MATLAB
- JSBSim
- FlightGear
- 1965-Datcom-Secciones-1-5 Archivado el 15-07-2011 en Wayback Machine
- 1965-Datcom-Secciones-6-9 Archivado el 15-07-2011 en Wayback Machine
- AFRL-TR-79-3032 Manual del usuario de DATCOM de la USAF, Volumen 1
- AFRL-TR-79-3032 Manual del usuario de DATCOM de la USAF, Volumen 2
- AFRL-TR-79-3032 Manual del usuario de DATCOM de la USAF, Volumen 3
- AFWAL-TR083-3048 Informe final de McDonnell Douglas Corporation para DATCOM, abril de 1978
- Software de ingeniería aeroespacial
- Aerodinámica
- Controles de la aeronave
- Software programado en Fortran
- Base de la Fuerza Aérea Wright-Patterson