4.4 Аэродинамическая сила
Данный силовой элемент используется для задания аэродинамических сил и моментов, действующих на одно звено с близкими аэродинамическими характеристиками в плоскостях тангажа и рыскания.При формировании силового элемента задается базовый узел Node. Вектор X узла Node задает направление продольной оси звена. Вектор Y узла Node задает направление нормальной оси звена. Вектор Z узла Node задает направление поперечной оси звена. Для расчетов создается копия базового узла Node*, которая прикрепляется к звену. Схематический вид силового элемента представлен на Рис. 6.
Рис. 6. Аэродинамическая сила
Продольная аэродинамическая сила Rx направлена вдоль вектора X узла Node*. Нормальная аэродинамическая сила Ry направлена вдоль вектора Y узла Node*. Поперечная аэродинамическая сила Rz направлена вдоль вектора Z узла Node*. Момент крена Mx и демпфирующий момент крена Mdx направлены вдоль вектора X узла Node*. Момент рыскания My и демпфирующий момент рыскания Mdy направлены вдоль вектора Y узла Node*. Момент тангажа Mz и демпфирующий момент тангажа Mdz направлены вдоль вектора Z узла Node*. Значения аэродинамических сил и моментов определяются на основании характеристик среды, заданных коэффициентов аэродинамических сил и моментов. Продольная, нормальная и поперечная аэродинамические силы приложены в центре узла Node*.
Коэффициенты аэродинамических сил и моментов задаются в виде функций, зависящих от основных параметров движения. К ним относятся: пространственный угол атаки 
, угол атаки 
, угол скольжения 
, число 
движения и угловая скорость звена. Пространственный угол атаки может изменяться в интервале от 0 до 180°. Угол атаки может изменяться в интервале от -180 до 180°. Угол скольжения может изменяться в интервале от -90 до 90°. В силовом элементе используются коэффициенты аэродинамических сил и моментов в системе координат, связанной со звеном.
, угол атаки , угол скольжения , число движения и угловая скорость звена. Пространственный угол атаки может изменяться в интервале от 0 до 180°. Угол атаки может изменяться в интервале от -180 до 180°. Угол скольжения может изменяться в интервале от -90 до 90°. В силовом элементе используются коэффициенты аэродинамических сил и моментов в системе координат, связанной со звеном.Пользователь может задать датчики, от значений которых зависят функции аэродинамических коэффициентов в дополнение к зависимости от основных параметров движения.
Синтаксис метода создания
aerodynamics4(Flow, Body, Node, Sa, L, flagS, fCx, fCy, fCz, fMx, fMy, fMz, fMdx, fMdy, fMdz, list(Sensor1, ...), pointFlow=…, work=..., color=..., visible=...)
Обязательные позиционные параметры метода
medium Flow
Среда, которая воздействует на звено.
body Body
Имя звена, на которое действует аэродинамическая сила.
node Nоde
Исходный базовый узел расчета аэродинамического воздействия. Копия этого узла Node* прикрепляется к звену и используется для расчета аэродинамических сил и моментов.
scalar Sa [length2]
Аэродинамическая площадь, относительно которой определены коэффициенты аэродинамических сил и моментов.
scalar L [length]
Характерный линейный размер, относительно которого определены коэффициенты аэродинамических моментов.
flagS = [aeroSymmetrical:/noAeroSymmetrical:]
Параметр определяет симметрию аэродинамических характеристик относительно значений углов атаки и скольжения соответственно в плоскостях тангажа и рыскания.
соответственно в плоскостях тангажа и рыскания.
flagS = aeroSymmetrical:Аэродинамические характеристики в плоскостях тангажа и рыскания симметричны относительно значений углов атаки и скольжения . В этом случае функции аэродинамических коэффициентов задаются для угла атаки в интервале от 0 до 180°, а для угла скольжения в интервале от 0 до 90°.
и скольжения . В этом случае функции аэродинамических коэффициентов задаются для угла атаки в интервале от 0 до 180°, а для угла скольжения в интервале от 0 до 90°.
flagS = noAeroSymmetrical:Симметрия аэродинамических характеристик относительно значений углов атаки и скольжения соответственно в плоскостях тангажа и рыскания отсутствует. В этом случае функции аэродинамических коэффициентов задаются для полных интервалов возможных значений углов атаки от -180 до 180° и скольжения от -90 до 90°.
и скольжения соответственно в плоскостях тангажа и рыскания отсутствует. В этом случае функции аэродинамических коэффициентов задаются для полных интервалов возможных значений углов атаки от -180 до 180° и скольжения от -90 до 90°.function fCx [-]<[angle], [-], ...>
Функция коэффициента продольной аэродинамической силы, направленной вдоль вектора X узла Node*. Положительное значение коэффициента соответствует продольной силе, направленной в сторону, противоположную вектору X узла Node*. Функция зависит от пространственного угла атаки и числа движения. Она также может зависеть от значений датчиков, задаваемых пользователем.
и числа движения. Она также может зависеть от значений датчиков, задаваемых пользователем.function fCy [-]<[angle], [-], ...>
Функция коэффициента нормальной аэродинамической силы, направленной вдоль вектора Y узла Node*. Функция зависит от угла атаки 
и числа 
движения. Она также может зависеть от значений датчиков, задаваемых пользователем.
и числа движения. Она также может зависеть от значений датчиков, задаваемых пользователем.function fCz [-]<[angle], [-], ...>
Функция коэффициента поперечной аэродинамической силы, направленной вдоль вектора Z узла Node*. Функция зависит от угла скольжения 
и числа движения. Она также может зависеть от значений датчиков, задаваемых пользователем.
и числа движения. Она также может зависеть от значений датчиков, задаваемых пользователем.function fMx [-]<[angle], [-], ...>
Функция коэффициента момента крена, направленного вдоль вектора X узла Node*. Функция зависит от пространственного угла атаки 
и числа движения. Она также может зависеть от значений датчиков, задаваемых пользователем.
и числа движения. Она также может зависеть от значений датчиков, задаваемых пользователем.function fMy [-]<[angle], [-], ...>
Функция коэффициента момента рыскания, направленного вдоль вектора Y узла Node*. Функция зависит от угла скольжения и числа движения. Она также может зависеть от значений датчиков, задаваемых пользователем.
и числа движения. Она также может зависеть от значений датчиков, задаваемых пользователем.function fMz [-]<[angle], [-], ...>
Функция коэффициента момента тангажа, направленного вдоль вектора Z узла Node*. Функция зависит от угла атаки и числа движения. Она также может зависеть от значений датчиков, задаваемых пользователем.
и числа движения. Она также может зависеть от значений датчиков, задаваемых пользователем.function fMdx [1/ angle]<[angle], [-], ...>
Функция производной коэффициента демпфирующего момента крена, направленного вдоль вектора X узла Node*. Функция должна быть отрицательной. Это соответствует направлению демпфирующего момента крена в сторону, противоположную проекции вектора угловой скорости звена на вектор X узла Node*. Функция зависит от пространственного угла атаки и числа движения. Она также может зависеть от значений датчиков, задаваемых пользователем.
и числа движения. Она также может зависеть от значений датчиков, задаваемых пользователем.function fMdy [1/ angle]<[angle], [-], ...>
Функция производной коэффициента демпфирующего момента рыскания, направленного вдоль вектора Y узла Node*. Функция должна быть отрицательной. Это соответствует направлению демпфирующего момента рыскания в сторону, противоположную проекции вектора угловой скорости звена на вектор Y узла Node*. Функция зависит от угла скольжения и числа движения. Она также может зависеть от значений датчиков, задаваемых пользователем.
и числа движения. Она также может зависеть от значений датчиков, задаваемых пользователем.function fMdz [1/ angle]<[angle], [-], ...>
Функция производной коэффициента демпфирующего момента тангажа, направленного вдоль вектора Z узла Node*. Функция должна быть отрицательной. Это соответствует направлению демпфирующего момента в сторону, противоположную проекции вектора угловой скорости звена на вектор Z узла Node*. Функция зависит от угла атаки и числа движения. Она также может зависеть от значений датчиков, задаваемых пользователем.
и числа движения. Она также может зависеть от значений датчиков, задаваемых пользователем.list(sensor Sensor1, ...)
Список датчиков, от значений которых зависят функции fCx, fCy, fCz, fMx, fMy, fMz, fMdx, fMdy и fMdz в дополнение к зависимости от основных параметров движения.
Необязательные именованные параметры метода
pointFlow = pointТочка определения параметров взаимодействия звена со средой. Копия этой точки pointFlow* прикрепляется к звену. По умолчанию эти параметры определяются в центре узла Node*.
work =..., color =..., visible =...Параметры являются общими для всех методов создания силовых элементов и описаны в пункте «Необязательные именованные параметры всех методов создания» общей части раздела «Силовой элемент (force)» главы «Основные объекты» книги «Описание объектов многокомпонентной механической системы».
Внутренние системные объекты
sensor alphaSpace [angle]
Пространственный угол атаки – угол между вектором X узла Node* и вектором скорости звена относительно среды.
sensor alpha [angle]
Угол атаки – угол между вектором X узла Node* и проекцией вектора скорости звена относительно среды на плоскость XY узла Node*.
sensor beta [angle]
Угол скольжения – угол между вектором скорости звена относительно среды в точке pointFlow*, если она задана, и плоскостью XY узла Node*. Иначе в центре узла Node*.
sensor velocity [length/time]
Скорость звена относительно среды в точке pointFlow*, если она задана. Иначе в центре узла Node*.
sensor Mach [-]
Число движения в точке pointFlow*, если она задана. Иначе в центре узла Node*. Число равно отношению скорости звена относительно среды к скорости звука в ней.
движения в точке pointFlow*, если она задана. Иначе в центре узла Node*. Число равно отношению скорости звена относительно среды к скорости звука в ней.Описание
При расчете силового элемента в каждый момент времени определяются следующие параметры взаимодействия звена со средой:
– скорость звена относительно среды; – пространственный угол атаки, то есть угол между вектором X узла Node* и вектором скорости звена относительно среды; – угол атаки, то есть угол между вектором X узла Node* и проекцией вектора скорости звена относительно среды на плоскость XY узла Node*; – угол скольжения, то есть угол между вектором скорости звена относительно среды и плоскостью XY узла Node*;
– плотность среды; – число движения, равное отношению скорости звена относительно среды к скорости звука в среде;
– проекция вектора угловой скорости звена относительно среды на вектор X узла Node*;
– проекция вектора угловой скорости звена относительно среды на вектор Y узла Node*;
– проекция вектора угловой скорости звена относительно среды на вектор Z узла Node*.Все параметры взаимодействия звена со средой определяются в точке pointFlow, если она задана. Иначе в центре узла Node*. Проекции угловой скорости , и определяются как угловые скорости звена относительно базового узла среды.
, и определяются как угловые скорости звена относительно базового узла среды.Значения аэродинамических коэффициентов определяются следующим образом.
Коэффициент продольной аэродинамической силы
,где 
– заданная функция коэффициента продольной аэродинамической силы; 
– значения датчиков, задаваемых пользователем, от них зависят функции аэродинамических коэффициентов в дополнение к зависимости от основных параметров движения.
– заданная функция коэффициента продольной аэродинамической силы; – значения датчиков, задаваемых пользователем, от них зависят функции аэродинамических коэффициентов в дополнение к зависимости от основных параметров движения.Коэффициент нормальной аэродинамической силы
при flagS = aeroSymmetrical:
,при flagS = noAeroSymmetrical:
,где 
– заданная функция коэффициента нормальной аэродинамической силы.
– заданная функция коэффициента нормальной аэродинамической силы.Коэффициент поперечной аэродинамической силы
при flagS = aeroSymmetrical:
,при flagS = noAeroSymmetrical:
,где 
– заданная функция коэффициента поперечной аэродинамической силы.
– заданная функция коэффициента поперечной аэродинамической силы.Коэффициент аэродинамического момента крена
,где 
– заданная функция коэффициента аэродинамического момента крена.
– заданная функция коэффициента аэродинамического момента крена.Коэффициент аэродинамического момента рыскания
при flagS = aeroSymmetrical:
,при flagS = noAeroSymmetrical:
,где 
– заданная функция коэффициента аэродинамического момента рыскания.
– заданная функция коэффициента аэродинамического момента рыскания.Коэффициент аэродинамического момента тангажа
при flagS = aeroSymmetrical:
,при flagS = noAeroSymmetrical:
,где 
– заданная функция коэффициента аэродинамического момента тангажа.
– заданная функция коэффициента аэродинамического момента тангажа.Производная коэффициента демпфирующего момента крена
,где 
– заданная функция производной коэффициента демпфирующего момента крена.
– заданная функция производной коэффициента демпфирующего момента крена.Производная коэффициента демпфирующего момента рыскания
при flagS = aeroSymmetrical:
,при flagS = noAeroSymmetrical:
,где 
– заданная функция производной коэффициента демпфирующего момента рыскания.
– заданная функция производной коэффициента демпфирующего момента рыскания.Производная коэффициента демпфирующего момента тангажа
при flagS = aeroSymmetrical:
,при flagS = noAeroSymmetrical:
,где 
– заданная функция производной коэффициента демпфирующего момента тангажа.
– заданная функция производной коэффициента демпфирующего момента тангажа.Число аргументов в функциях , , , , , , , и не должно превышать числа заданных датчиков в списке плюс два. Первый аргумент функций соответствует углу атаки , второй – числу движения. Между следующими аргументами функций и списком заданных датчиков устанавливается прямое порядковое соответствие. Другими словами, 3-й аргумент функции соответствует 1-му датчику в списке, 4-й аргумент функции соответствует 2-му датчику в списке и так далее, до исчерпания аргументов функции. Если число аргументов какой-то функции меньше числа датчиков в списке плюс два, то эта функция не зависит от значений датчиков, стоящих в списке последними. Первый аргумент каждой функции должен иметь размерность угла, второй – безразмерный. Размерности остальных аргументов функций должны быть равны размерностям соответствующих датчиков.
, , , , , , , и не должно превышать числа заданных датчиков в списке плюс два. Первый аргумент функций соответствует углу атаки , второй – числу движения. Между следующими аргументами функций и списком заданных датчиков устанавливается прямое порядковое соответствие. Другими словами, 3-й аргумент функции соответствует 1-му датчику в списке, 4-й аргумент функции соответствует 2-му датчику в списке и так далее, до исчерпания аргументов функции. Если число аргументов какой-то функции меньше числа датчиков в списке плюс два, то эта функция не зависит от значений датчиков, стоящих в списке последними. Первый аргумент каждой функции должен иметь размерность угла, второй – безразмерный. Размерности остальных аргументов функций должны быть равны размерностям соответствующих датчиков.Аэродинамические силы и моменты приложены к звену Body в центре узла Node*.
Значение продольной аэродинамической силы равно
,где 
– скоростной напор набегающего потока; 
– заданная аэродинамическая площадь, относительно которой определены коэффициенты аэродинамических сил и моментов.
– скоростной напор набегающего потока; – заданная аэродинамическая площадь, относительно которой определены коэффициенты аэродинамических сил и моментов.Положительное значение продольной силы 
соответствует направлению, противоположному вектору X узла Node*.
соответствует направлению, противоположному вектору X узла Node*.Значение нормальной аэродинамической силы равно
.Положительное значение нормальной силы 
соответствует направлению вектора Y узла Node*.
соответствует направлению вектора Y узла Node*.Значение поперечной аэродинамической силы равно
.Положительное значение поперечной силы
соответствует направлению вектора Z узла Node*. При положительном угле скольжения сила имеет отрицательное значение.
соответствует направлению вектора Z узла Node*. При положительном угле скольжения сила имеет отрицательное значение.Значение аэродинамического момента крена равно
.Положительное значение момента 
соответствует направлению вектора X узла Node*.
соответствует направлению вектора X узла Node*.Значение аэродинамического момента рыскания равно
.Положительное значение момента 
соответствует направлению вектора Y узла Node*.
соответствует направлению вектора Y узла Node*.Значение аэродинамического момента тангажа равно
.Положительное значение момента 
соответствует направлению вектора Z узла Node*.
соответствует направлению вектора Z узла Node*.Значение демпфирующего момента крена равно
.Момент 
направлен в сторону, противоположную вектору проекции угловой скорости звена.
направлен в сторону, противоположную вектору проекции угловой скорости звена.Значение демпфирующего момента рыскания равно
.Момент 
направлен в сторону, противоположную вектору проекции угловой скорости звена.
направлен в сторону, противоположную вектору проекции угловой скорости звена.Значение демпфирующего момента тангажа равно
.Момент 
направлен в сторону, противоположную вектору проекции угловой скорости звена.
направлен в сторону, противоположную вектору проекции угловой скорости звена.