مدلسازی و شبیه سازی 6 درجه آزادی هواپیما

علاوه بر این تعاریف که جزء ابزارهای لازم برای مدلسازی بوده، به تعریف زوایای اویلر نیز اشاره می شود. سپس فرضیات درنظر گرفته برای مدلسازی شرح داده شده و به بیان ورودی های کنترلی، متغیرهای سیستم و خروجی های معادلات پرداخته شده است. در ادامه، به منظور تدوین معادلات حرکت هواپیما، از قوانین نیوتون و اویلر استفاده کرده و با کمک تعاریف ارائه شده از قاب و دستگاه، به استخراج معادلات دیفرانسیل مربوط به سرعت های خطی بدنی و سرعت های زاویه ای بدنی پرداخته شده است. این معادلات شامل معادلات دیفرانسیل مربوط به مؤلفه های نیرو و گشتاورها در سه راستای x و y و z هستند.

مدت زمان: 1 ساعت

محتوا: فایل تصویری و پاورپوینت درس

پیش نمایش جلسه اول:

 در این قسمت، با تعریف ماتریس تبدیل بین دستگاه بدنی و اینرسی که تحت تبدیل زوایای اویلر به دست آمده، معادلات موقعیت های مکانی هواپیما در سه راستای x و y و z به دست می آید. سپس به ارتباط بین نرخ چرخش دستگاه مختصات اینرسی و بدنی پرداخته شده است و یک مجموعه معادلات دیفرانسیل برای سرعت های زاویه ای بدنی به دست می آید. بنابراین با توجه به 6 معادله ی نیرو و گشتاور که در جلسه قبل استخراج شده بود (معادلات نیوتون و اویلر)، مجموعه معادلات دیفرانسیلی کاملی به دست آمده که از آن می توان برای شبیه سازی استفاده نمود. در ادامه به توضیح پرواز مستقیم الخط پرداخته، نیروها و گشتاورها را در این حالت به دست آورده و در نهایت معادلات کاملی از پرواز حالت دائم Steady Rectilinear Flight به دست می آید که در جلسه بعد شبیه سازی آن انجام خواهد شد.

مدت زمان: 1 ساعت

محتوا: فایل تصویری و پاورپوینت درس

پیش نمایش جلسه دوم:

سپس به بازنویسی معادلات دیفرانسیل کلی هواپیما برای شرایط پرواز حالت دائم  Steady State Flight پرداخته می شود که در آن نرخ تغییرات مؤلفه های سرعت خطی بدنی و مؤلفه های سرعت زاویه ای بدنی صفر هستند. در ادامه حرکت مستقیم الخط که یکی از مانورهای پرواز حالت دائم  Steady State Flight بوده بررسی و توضیح داده می شود. در این شرایط پروازی، علاوه بر صفر بودن نرخ تغییرات سرعت خطی و بدنی، تغییرات زوایای اویلر و نیز سرعت های زاویه ای بدنی صفر هستند. با این شرایط تنها سرعت خطی بدنی و موقعیت های اینرسی آن از اهمیت برخوردار بوده و به نحوی، با صفر قرار دادن هر یک از مؤلفه های مربوط به نیروها و گشتاورها به حل معادلات پرداخته می شود. در این معادلات فرض می شود مشخصات جرمی و هندسی، پارامترهای ارتفاع، سرعت پرواز و نیز ضرایب ایرودینامیکی معلوم بوده و ورودی های کنترلی (زاویه الویتور، ایلرون و رادر)، زاویه حمله و زاویه لغزش و نیز تراست موتور، مجهولات معادلات هستند.

مدت زمان: 1 ساعت

محتوا: فایل تصویری، پاورپوینت درس، کدهای متلب

پیش نمایش جلسه سوم:

شکل مربوط به توضیح گذاشتن قدرمطلق برای زوایا در ادامه آمده است.

عکس اول

عکس دوم

سپس طرح کلی نوشتن معادلات در سیمولینک ارائه می شود. سیمولینک مربوط به معادلات دارای بخش های مربوط به نیروها و گشتاورهای وزنی، نیروها و گشتاورهای ایرودینامیکی و نیز نیروها و گشتاورهای مربوط به موتور هستند. در انتها، تمامی این نیروها و گشتاورها برای معادلات نیوتون و اویلر استفاده خواهد شد. علاوه بر این معادلات (معادلات دیفرانسیل مربوط به سرعت های خطی و سرعت های زاویه ای)، معادلات مربوط به نرخ تغییر زوایای اویلر و نیز معادلات دیفرانسیل موقعیت های اینرسی نیز در بلوک مربوط به معادلات غیرخطی اضافه می شوند. در این جلسه تنها به استخراج معادلات مربوط به بخش نیروها و گشتاورهای وزنی و ایرودینامیکی پرداخته می شود. همچنین نکات لازم در نحوه نوشتن معادلات و دستگاه های مربوط به آن ها نیز با جزئیات شرح داده می شود.

مدت زمان: 1 ساعت و 15 دقیقه

محتوا: فایل تصویری، پاورپوینت درس، کدهای متلب

پیش نمایش جلسه چهارم:

در این جلسه به تکمیل همه معادلات دیفرانسیل که شامل معادلات نیوتون، اویلر، معادلات مربوط به نرخ تغییرات زوایای اویلر و معادلات موقعیت های اینرسی هستند، پرداخته شده است. بدین منظور در سیمولینک موردنظر این معادلات بازنویسی خواهد شد. در ادامه، به شبیه سازی و صحت سنجی مدلسازی و شبیه سازی پرداخته خواهد شد. سناریوهای مورد نظر برای این کار، شبیه سازی در شرایط تریم و غیر تریم و نیز شبیه سازی با اضافه نمودن ضربه به ورودی الویتور صورت می گیرد. مشاهده می شود که در شرایط تریم همه متغیرها بر روی مقدار تریم باقی می ماند و در دو شرایط دیگر، متغیرها پس از مدتی اغتشاش، به مقدار تریم بازخواهند گشت.

مدت زمان: 50 دقیقه

محتوا: فایل تصویری، پاورپوینت درس، کدهای متلب

پیش نمایش جلسه پنجم:

سپس به کمک نظریه اختلالات کوچک، خطی سازی معادلات غیرخطی (با تعریف فرضیات ساده کننده) انجام می شود. سپس به مقایسه این معادلات با معادلات پرواز دائم پرداخته می شود. همچنین نیروها و گشتاورها و نیز ضرایب و مشتقات ایرودینامیکی در این حالت (Perturbed) با شرایط Steady State مقایسه شده و توضیح داده می شود. در ادامه با استفاده از دستورهای موجود در نرم افزار MATLAB به خطی سازی معادلات غیرخطی (کد سیمولینک استخراج شده در جلسات قبل)، دکوپله کردن معادلات، به دست آوردن ریشه های معادله مشخصه ی هر کانال (طولی و عرضی-سمتی)، استخراج توابع تبدیل و نیز به دست آوردن صفرها و قطب های توابع تبدیل خواهیم پرداخت.

مدت زمان: 1 ساعت و 10 دقیقه

محتوا: فایل تصویری، پاورپوینت درس، کدهای متلب

پیش نمایش جلسه ششم:

مباحث تکمیلی شامل مدل کردن تغییرات ضرایب ایرودینامیکی بر حسب متغیرهای مختلف از جمله ارتفاع و زاویه حمله، مدل کردن موتور و گشتاورهای ناشی از فاصله آن تا مرکز جرم و نیز مدلسازی روتور و اجزای گردنده در موتور است. همچنین به نحوه ی مدلسازی و شبیه سازی دو مورد در MATLAB و توضیحات آن پرداخته شده است.

مدت زمان: 50 دقیقه

محتوا: فایل تصویری، پاورپوینت درس، کدهای متلب

پیش نمایش جلسه هفتم :