Разбор примера Digital Datcom. Ч.1

Примеры Digital Datcom в количестве аж 11-ти штук можно загрузить с сайта PDAS (Public Domain Aeronautical Software). Здесь приводятся расшифровки имен параметров во входном файле, некоторые ссылки. Описание первого примера дается в первой части руководства см. «Section 7 — Example problems» стр. 107.

Ссылки

• Скачать Digital Datcom с примерами.
• Первая часть руководства «The USAF Stability And Control Digital Datcom, Volume I, Users Manual. USAF Technical Report »  (файл DDmanualVol1.pdf). Обратите внимание на то, что в файле работает текстовый поиск (Ctrl+F). Это означает, что находить непонятные ключевые слова из входного файла примера в руководстве достаточно просто.
• Краткое описание программы. В нижней части страницы — ссылки на ресурсы PDAS.
• Файл примера ex1.zip, рассматриваемого в данной заметке. Скачать и открыть в блокноте для чтения.
• ANSI Fortran IV — язык программирования, на котором написана программа Digital Datcom. Целевой архитектурой была CDC. Нашел две книги: Калдербенк — «Курс программирования на Фортране-IV» и Грунд — «Программирование на Фортран-IV». Онлайн можно почитать на сайте Кафедры физики твердого тела Петрозаводского Государственного Университета.

Структура первой части руководства

Руководство рекомендуется предварительно просмотреть. Программа не интерактивная и понимание конструкций входного и выходного файлов необходимо для работы.

1. Введение (1).
2. Возможности программы (5).
3. Определения входных данных (19).
4. Техники моделирования базовых конфигураций (81).
5. Техники моделирования дополнительных конфигураций (89).
6. Определения выходных данных (91).
7. Примеры (107).
8. Приложение А — правила оформления блоков Namelist во входном файле (131).
9. Приложение B — техники оценки характеристик аэродинамического профиля (135).
10. Приложение С — порядок расстановки связанных переменных при выводе их в выходной файл картой «DUMP CASE» (Storage location of variables in Common) (155).
11. Приложение D — User kit (283).
12. Ссылки (317).

Структура входного файла

• Входной файл первого примера содержит исходные данные расчета характеристик отдельного фюзеляжа. Это так называемая конфигурация: «Body-alone configuration». Конфигурации определяются по номенклатуре исходных данных. Например, для расчета конфигурации полноценного самолета, во входном файле должны быть описания характеристик фюзеляжа (BODY), крыла (WGPLNF), горизонтального (HTPLNF) и вертикального оперения (см. пример ). В рассматриваемом примере Digital Datcom можно найти только перечень данных для фюзеляжа (BODY), более содержательная конфигурация рассматривается в третьем примере EXP3.INP. Выходной файл, генерируемый программой после расчета, содержит информацию о том, в какой конфигурации был запущен каждый расчетный случай (см. строку 389 файла EXP3.OUT «Datcom Body Alone Configuration»).
• Входной файл делится на секции, называемые расчетными случаями (CASE). Конец описания расчетного случая обозначается картой NEXT CASE.
• Основную часть описания характеристик самолета и условий полета составляют именованные списки (namelist). В каждом именованном списке содержатся данные в виде пар имя=значение. Началом списка считается знак доллара и имя списка. В конце списка ставится знак доллара.
• Именованные списки исходных данных, введенных в расчетном случае, можно сохранять для следующего случая при помощи контрольной карты (что-то вроде оператора, команды) SAVE.
• В процессе расчета, кроме исходных появляются другие, промежуточные данные, которые пользователь не вводит в качестве исходных. Например, расположение САХ относительно крыла, фокус самолета или площадь  крыла, если она не была введена в исходных данных. Такие данные называются связанными или ассоциированными данными. Чтобы эти данные сохранить и использовать при анализе полученных результатов, их можно вывести в выходной файл контрольной картой DUMP CASE. Так, блоки (Data Block) выводятся в выходной файл в форме больших массивов, которые выглядят довольно однообразно и занимают добрую половину файла. Расшифровка блоков данных приводится в приложении С, в первой части руководства по Digital Datcom. Единицы измерения связанных данных, независимо от наличия карты DIM — фут/фунт/секунда. Это значит, что при вводе хорд теоретического крыла в метрах (карта DIM M во входном файле), посчитанная САХ в связанных данных приводится в футах, а в информации о характерных размерах — опять в метрах. Следует быть внимательным при оценке результата расчетов.

Условия полета

1. FLTCON — Flight conditions — Именованный список. Условия полета. Секция частично повторяется для каждого расчетного случая.
2. NMACH — Number of Mach numbers or velocities to be run, maximum of 20 — Количество чисел Маха, на которых будет выполнена программа (максимум 20). Для первого расчетного случая, принято только одно число Маха, а например для третьего их три.
3. MACH — Values of freestream Mach number — Число Маха для невозмущенного потока. В примере оно равно 0.6 (дозвуковой полет).
4. NALPHA — Number of angles of attack to be run, maximum of 20 — Количество углов атаки (максимум 20). В примере, расчет ведется для 11 углов атаки.
5. ALSCHD — Values of angles of attack (deg), tabulated ascending order — Углы атаки в градусах, перечисленные по возрастанию.
6. RNNUB — Reynolds number per unit length — Число Рейнольдса на единицу длины.

Опции, характеристики по умолчанию

1. OPTINS — Именованный список.
2. SREF — Reference area. Value of the theoretical wing area used by program if not input. — Характерная площадь. Значение теоретической площади крыла используется в случае, если эта цифра не задана. В нашем случае, крыла вообще нет во входном файле. Только фюзеляж. Если не ввести SREF, коэффициентов в выводе не будет совсем. В общем, безразмерные аэродинамические коэффициенты, генерируемые в результате работы Digital Datcom, могут базироваться на заданных пользователем характерных размерах.
3. CBARR — Longitudinal reference length. Value of theoretical wing mean aerodynamic chord used if not input — Характерная длина. Если не задано, то используется теоретическая САХ (средняя аэродинамическая хорда крыла).
4. BLREF — Lateral reference length. Value of wing span used if not input. — Характерный поперечный размер. При не заданном значении, используется размах крыла.

Синтез

1. SYNTHS — Synthesis — Синтез. Именованный список.
2. XCG — Longitudinal location of CG, (moment reference center) — продольная координата центра тяжести самолета.
3. ZCG — Vertical location of CG relative to reference plane — координата центра тяжести по вертикали.

Фюзеляж

1. Body — Body Geometry Data — теоретический контур фюзеляжа. Именованный список.
2. NX — number of longitudinal body stations at which data is specified, maximum of 20 — количество сечений в которых задана геометрия фюзеляжа. Макс. 20 сечений.
3. X — заданная координата сечения. Следует обратить внимание на то, что сечения заданы от носа фюзеляжа до конца цилиндрической части. Хвостовая часть фюзеляжа не рассчитывается. Значения BLN и BLA в сумме дают отрезок от 0 до длины рассматриваемого фюзеляжа (6.26).
4. R — половина ширины фюзеляжа в плане на заданной координате.
5. S — площадь поперечного сечения фюзеляжа.
6. P — периметр (длина замкнутой кривой) поперечного сечения фюзеляжа
7. BNOSE — форма носа (головная часть фюзеляжа): 1.0 — коническая, а 2.0 — оживальная (форма пули).
8. BLN — длина головной части (от носа до цилиндрической).
9. BLA — длина цилиндрической части фюзеляжа.
10. ZU — размер фюзеляжа над отсчетной плоскостью. Для фюзеляжа, не являющегося телом вращения.
11. ZL — размер под отсчетной плоскостью.

Задание ID расчетного случая, сохранение параметров

1. CASEID — печатается в заголовке вывода программы.
2. SAVE — сохранить определенные в текущем расчетном случае параметры для использования в следующем. Допускается переназначение параметров при определении последующих случаев.
3. NEXT CASE — Digital Datcom заканчивает чтение данных и запускает процесс решения расчетного случая. Если не было указано сохранить параметры при помощи директивы SAVE, то исходные данные стираются по завершении работы по расчету данного случая.

Резюме по первому входному файлу Digital Datcom

Таким образом, первый пример имеет четыре расчетных случая.

1. Первый — Число Маха 0.6, рассматривается осесимметричный фюзеляж.
2. Второй — Число Маха 0.6, рассматривается неосесимметричный фюзеляж.
3. Третий — Для случая 2, рассматриваются три числа Маха: 0.9, 1.4 и 2.5.
4. Четвертый — Гиперзвуковой расчет.