آشنایی با دینامیک پرواز

[Maryam Poursoleymani 62]

دینامیک پرواز با بهره‌گیری از داده‌های هواپویشی، هندسی و وزنی، به‌مطالعه و بررسی رفتار و حرکات هواپیما می‌پردازد. در واقع علم دینامیک پرواز به بررسی برد، مسافت نشست و برخاست (طول باند)، چگونگی تداوم یافتن پرواز در سرعت‌های گوناگون، پایداری و کنترل وسایل پرنده و شرایط ناخواسته‌ای که سبب انحراف وسیلهٔ پرنده می‌شود می‌پردازد. به‌طور خلاصه، تحلیل نحوهٔ حرکت یک وسیله در هوا یا فضا و ارائهٔ طرح‌هایی به‌ منظور بهینه‌سازی این حرکت، وظیفهٔ دینامیک پرواز و کنترل است.

 

بخش های زیر در دینامیک پرواز بررسی می شود:

(performance)عملکرد

 

در مبحث عملکرد عمدتا تعادل نیروها مد نظر بوده و به تعیین پارامترهای مسیر پرواز مانند برد سقف پرواز حداکثر سرعت سرعت واماندگی شیوه اوج گیری شکل نشست و برخاست ارتفاع کروز و جز آن مربوط است .

به این ترتیب که باداشتن ارتباط میان نیرو های برا و پسا و نیروی رانش موجود بر حسب سرعت و ارتفاع می توان معادلات حرکت وسیله پرنده را به عنوان یک نقطه نوشته و خصوصیات رفتاری آن را محاسبه کرد .بنابراین در این مبحث عموما حرکات و رفتار کلی وسیله پرنده مورد نظر است . که این قسمت مربوط به درس مکانیک پرواز 1 در دوره ی کارشناسی می شود .

 

پایداری و کنترل

کنترل: تغییر حالت هواپیما از حالت تعادل اولیه به حالت تعادل ثانویه.

پایداری: تمایل ذاتی هواپیما در مخالفت با هرگونه اغتشاش داخلی یا بازگشت به حالت اولیه پس از برخورد هرگونه اغتشاش خارجی

در این بخش پاسخ وسیله پرنده در مقابل ورودی های داخلی و یا خارجی بررسی می شود . منظور از ورودی داخلی آن دسته از تغییراتی است که به هر دلیل در داخل هواپیما ایجاد می شود مانند تغییر مرکز ثقل هواپیما در اثر مصرف سوخت ، حرکت سطوح کنترل توسط خلبان ، باز و بسته شدن چرخها ، حرکت دسته گاز و یا مواردی مشابه آن و منظور از ورودی خروجی آن دسته از تغییراتی است که در فضای خارج از هواپیما و مستقل از آن صورت می پذیرد مانند تند بادها ، تغییر درجه حرارت و جرم مخصوص هوا.

وسیله پرنده باید به گونه ای طراحی شود که در برابر ورودی ها ، اعم از داخلی و یا خروجی ، پاسخ رفتاری مناسبی داشته و حلبان آن قادر باشد تا ماموریت و مانورهای لازم در یک پرواز را به طور مناسب ، ایمن و بدون کوشش بیش از اندازه انجام دهد

در پایداری و کنترل وسیلة پرنده به صورت جرم نقطه ای نیست . این بخش بیش تر مربوط به مکانیک پرواز 2 می شود(دوره کارشناسی)

 

آیروالاستیسیته

 

در این بخش تاثیر رفتار سازه هواپیما بر روی بارهای دائم و غیر دائم آیرودینامیکی مورد بررسی قرار می گیرد که قسمت اول آیروالاستیسیته استاتیک و قسمت دوم آیروالاستیسیته دینامیک نامیده می شوند.

در آیروالاستیسیته استاتیک پدیده هایی همچون واگرایی بال و در آیرو الاستیسیته دینامیک پدیده نوسان با فرکانس زیاد (فلاتر ) از اعم مباحث مورد علاقه محسوب می شوند . به طور خلاصه در آیرو الاستیسیته تعادل درونی سازه و یا رفتار کوتاه مدت تغییر مکانهای سازه ای در برابر نیروهای آیرودینامیکی و تاثیر آن روی شکل پرواز مورد بررسی قرار می گیرد که بخشی از آن در درس دینامیک پرواز پیشرفته است(ارشد) این درس خاص بچه های سازه است ولی برای هواپیما خاص تر است و قطعاً باید با دینامیک و نیروها و ممان های آن آشنا باشند تا بتوانند روابط را بنویسن و تحلیل کنند. آئروالاستیسیته پیچیده ترین بخش از درس دینامیک پرواز پیشرفته است

 

ناوبری

ناوبري علم تعيين موقعيت و وضعيت يك جسم است. اگر تعیین موقعیت به کمک امواج رادیویی انجام شود به آن ناوبری رادیویی ودر صورتیکه بدون استفاده از هرگونه منبع خارجی انجام پذیرد به آن ناوبری اینرسی می گویند .ناوبری اینرسی به این معنی که شتاب و چرخش و میدان مغناطیسی سیستم به ترتیب توسط سنسورهای شتاب سنج و ژیروسکپ و مگنتومتر حس شده و سپس با انجام یک سری عملیت ریاضی و *****ینگ، میزان چرخش و در مدل های پیشرفته تر میزان تغییر موقعیت محاسبه می شود.مزیت ناوبری اینرسی آن است که علاوه بر موقعیت انتقالی می توان موقعیت دورانی جسم را در هر لحظه محاسبه کرد در حالیکه در ناوبری رادیویی تنها موقعیت انتقالی جسم مشخص می شود .

 

هدایت

هدایت را می توان به این صورت تعریف کرد فرایندی برای گردآوری اطلاعات پرواز وسایل پرنده به سمت یک هدف مشخص شده و بهره‌گیری از این اطلاعات برای ارسال فرامین به سامانه کنترل .هدایت وسایل پرنده نیز به طرق مختلف صورت می پذیرد در ساده ترین فرم آن این مهم بر عهده خلبان است و در پیجیده ترین شکل، کامپیوترهای مختلف با الگوریتم های متفاوت این عمل را بر عهده دارند . بدیهی است در هر حالت ارتباط لحظه ای بین فرمانهای هدایتی و سیستم کنترل باید برقرار باشد تا وسیله پرنده از موقعیت کنونی خود به موقعیت هدف به شکل مطلوب هدایت شود

 

دینامیک پرواز در دانشگاه های ایران

در دوره كارشناسي در قالب دو درس سه واحدي (دینامیک پرواز 1 و 2) ارائه مي شود و یک درس سه واحدی کنترل اتوماتیک.

در مقطع ارشد درس ها تخصصي تر می شود.... عناوين دروس در ارشد به شرح زير است:

دروس تخصصی اجباری:

1- مدلسازی وسایل هوافضایی.

2- کنترل پیشرفته

3- ریاضی پیشرفته

4- هدایت و ناوبری

5- دینامیک پرواز پیشرفته

6- طراحی مفاهیم پیشرفته

از این ها باید 5 تا رو بگذرونیم.

دروس تخصصی اختیاری:

1- کنترل بهینه 1

2- کنترل بهینه 2

3- الگوریتم های هدایت

4- تخمین

5- شبکه های عصبی

6- کنترل مقاوم

7- کنترل فازی

8- عملکرد پیشرفته

....

نرم افزارهای دینامیک پرواز

کار اصلی دانشجویان در این گرایش بیشتر مدل سازی و شبیه سازی است مدل سازی نوشتن معادلات دینامیک و سینماتیک سیستم است.حل این معادلات با کدنویسی متلب مثل ode45 یا simulink . پياده سازي يك مدل در محيط رايانه اي را شبيه سازي مي نامند. مدل سازي مقدمه شبيه سازي است و مي توان گفت كه مدل سازي مربوط به دنياي مدل ها و شبيه سازي مربوط به دنياي اعداد است. در شبيه سازي بايد ارتباط دنياي مدل ها با دنياي اعداد برقرار شود.