Como executar um cálculo de desempenho do “primeiro princípio”?

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Como executar um cálculo de desempenho do “primeiro princípio”?

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Sou estudante de doutorado em dinâmica e controle de vôo. Nesta semana, recebi uma tarefa para fazer algumas pesquisas sobre métodos de cálculo de desempenho de aeronaves. Após alguma pesquisa na Internet, descobri que os métodos tradicionais dependiam de dados tabulados no manual de voo do avião (APM), e há cerca de uma década, tanto a Boeing quanto a Airbus começaram a fazer cálculos de desempenho usando o método do "primeiro princípio". >

Eu li em um documento circular consultivo que fornece uma definição desse método:

A calculation using basic parameters such as lift, drag, power or thrust, etc. with the equations of motion. (AC No: 25.1581-1, Change 1.)

E um documento da Airbus fornece algumas explicações sobre esse método:

The next step in the performance calculation process, referred to as OCTOPUS (Operational and Certified Takeoff and landing Universal Software), not only offers the same advantages as TLC but also drastically changes the performance calculation method. It is no longer based on pre-computed data, but uses the “first principle” mode that allows a real on-time computation to benefit from a higher takeoff weight. Instead of smoothed pre-computed performance results, the OCTOPUS performance database contains all the airplane and engine characteristics, enabling performance computation based on physics equations. In addition, OCTOPUS introduces a new and improved takeoff chart format, with its use of multi-configurations and influences. ("Getting to Grips with Aircraft Performance", Airbus)

No entanto, não encontrei nenhum artigo ou relatório sobre esse tópico. Existe alguém que possa ajudar oferecendo alguns detalhes desse método ou fornecendo algumas referências?

aircraft-performance performance-calculation

por Tomas 30.12.2017 / 10:44

3 respostas

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A risada de Billy the Puppet é uma amostra de animal ou um efeito sonoro artificial? O modelo de mudança de tempo de Asimov "O Fim da Eternidade" é consistente?

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As equações do movimento são a parte fácil. Em essência, você observa todas as forças que afetam a aeronave (força de sustentação, empuxo, arrasto, peso) e equilibra-as com configurações de controle (aceleração e aceleração) e acelerações (se impulsionar > arrastar, a aceleração para frente é / massa).

Isso você repete várias vezes, um intervalo de cada vez. O próximo timestep vê a aeronave em uma nova velocidade, que você obtém multiplicando a aceleração para a frente com o tempo e a altitude se a velocidade de subida for diferente de zero. A nova massa alterada é a massa antiga menos o combustível consumido durante o último período de tempo. E assim por diante. Isso envolve coordenar as traduções, pois algumas forças são definidas na aerodinâmica e outras no sistema de coordenadas do avião. A NASA Langley publicou um software de código aberto que faz exatamente isso ( LaRCsim ).

Para uma precisão muito alta, você pode até mesmo modelar as inércias e calcular qual deflexão do aileron é necessária para chegar a uma taxa de rolagem desejada no próximo timestep, mas mesmo assim você obterá dados muito precisos se as forças estiverem corretas. p>

A parte difícil é chegar às forças corretas. Tivemos várias perguntas aqui pedindo a dados aerodinâmicos aviões modernos, e toda vez que a resposta era: Eles são mantidos em segredo. Você precisa fazer sua própria análise, e é o mesmo com os dados do mecanismo. Os métodos mais antigos dependiam de dados tabulados, mas para calcular condições fora da validade da tabela, eles precisavam calcular as forças analiticamente. Para ter uma ideia de quais parâmetros precisam ser considerados, veja esta resposta sobre o módulo SCAP da Boeing .

No entanto, até mesmo algumas premissas brutas podem chegar muito perto do resultado real.

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São os dados aerodinâmicos e inerciais também usados em Full Flight Simulators (FFS). Tanto a Airbus quanto a Boeing fornecem o pacote de dados para o Nível D FFS, no qual, no início do voo, o instrutor insere carga útil, CoG, carga de combustível, etc. e a dinâmica resultante da aeronave é usada para simular o vôo.

Você pode dar uma olhada no software de simulador de vôo PC de código aberto, como o FlightGear, que possui modelos de aerodinâmica e dinâmica de voo para o A320 e o B737. Simplificado e não certificado, é claro, portanto, nenhuma referência à fidelidade real, mas eles devem obter um resultado razoável se a dinâmica simulada estiver no estádio.

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A única maneira de fazer um cálculo do "primeiro princípio" apropriadamente é avaliando (numericamente) as equações básicas do movimento encontradas nos livros de texto da mecânica de vôo. Infelizmente, isso exige muitas informações sobre as características da aeronave (por exemplo, dados de arrasto ou parâmetros do motor) que geralmente não são publicadas para a maioria das aeronaves devido à sua sensibilidade comercial. Sidenote: As estimativas podem te levar muito longe!

O software fornecido pelo fabricante, como OCTOPUS (Airbus) ou BPS (Boeing), contém um método de avaliar numericamente as equações de movimento (geralmente simplificadas) e os bancos de dados de aeronaves necessários, mas não estão disponíveis publicamente. p>