Добро пожаловать
в СНГ-регион!

Нет, уважаемые читатели, вы попали не на лекцию по динамике полета, так что можете вздохнуть спокойно - вас тут никто не выгонит за плохое поведение и не придется сдавать экзамен. Это небольшая статья, в которой я постараюсь не грузить множеством сложных формул и рассказать «на пальцах» немного о процессе настройки флайт-модели самолета Як-7Б, которую вы смогли опробовать в патче 1.39.

Часть первая:

Вернемся в нашу виртуальную аудиторию. И все-таки, немного теории. В общем случае для описания движения любой точки самолета применяется 6 дифференциальных уравнений: 3 для описания движения самолета как материальной точки в пространстве и еще 3 для задания углового положения самолета. Оговорюсь сразу, что в данном примере показан частный случай установившегося движения на примере самолета как материальной точки. Казалось бы, огромное допущение, однако это позволяет с достаточной точностью и относительно просто рассчитать и объяснить основные характеристики самолета, такие как  минимальное время виража, максимальная энергетическая скороподъемность, скорость сваливания и максимальная скорость, которая и будет использована в данном примере. На рис. 1 показана схема сил, действующих на самолет в прямолинейном горизонтальном установившемся полете.

Рис. 1. Схема сил в прямолинейном горизонтальном установившемся полете.

Где:

При полете на максимальной скорости сила тяги равна силе сопротивления, можно написать уравнение:

Y=m×g=Cy× ρ×V^2×S/2

X=P=Cx× ρ×V^2×S/2

Где:

m - масса самолета

g - ускорение свободного падения

Cy - коэффициент подъемной силы

Cx - коэффициент лобового сопротивления

ρ - плотность воздуха

V - скорость

S - референсная площадь

Приведенные уравнения уже заложены в игру. Для получения корректных характеристик модели самолета необходимо подготовить исходные данные. Откуда же взять все эти величины? Часть величин игра рассчитывает самостоятельно, другую часть необходимо найти/рассчитать настройщику.

Ну а теперь - все по порядку

Геометрические характеристики - пожалуй самое очевидное, они записаны в техническом описании, монографиях и прочей технической литературе. Недостающие - снимаются с чертежа. Итого, геометрические характеристики полностью приведены к самолету-прототипу. Массовые и центровочные характеристики также часто доступны в литературе и тоже приведены в соответствие с самолетом-прототипом. Инерционные характеристики не так часто фигурируют в литературе - и этот случай не исключение, - поэтому они были оценены исходя из доступных данных и статистической оценки. В основе расчета лежит формула момента инерции:

Iz =Σmix2i

Где:

Iz - момент инерции относительно оси 0Z;

mi и xi - масса и координата i-го элемента самолета.

Фрагмент расчета приведен в таблице:

Табл. 1 Расчет моментов инерции самолета

Следующие группы характеристик не так просты, но отнюдь не менее важны.

В уравнения движения подставляются коэффициенты аэродинамических сил, т.е. для расчета траектории движения нам необходимо использовать закон, определяющий соответствие между Суа и Сха на всех режимах полета, графическая интерпретация которого называется полярой. В литературе наиболее широко распространено следующее уравнение поляры:

Cxa=Cxa0+A×Cya2

Где:

Cxa – коэффициент лобового сопротивления для текущего Cya;

Cxa0 – минимальный коэффициент лобового сопротивления;

А – отвал поляры;

Cya – коэффициент подъемной силы.

В прямолинейном установившемся горизонтальном полете Cya (Cya ГП) определяется исходя из равенства подъемной силы и силы тяжести. Результатом аэродинамического расчета являются исходные данные для приведенных уравнений, их определение - достаточно тонкий итеративный процесс, заслуживающий отдельной статьи.

На основании геометрических характеристик, а так же технической литературы был произведен расчет аэродинамических характеристик, таких как Cxa0, Cya, производная Cya по альфа, А и др. необходимых для достаточно точного моделирования установившихся и квазиустановившихся режимов полета.

Из вышесказанного следует, что если поляры приближенно равны, то и большая часть ЛТХ модели будет рассчитана верно. Например, на рис.2 приведены расчетная (красная линия) и реальная (зеленая линия) поляры самолета-прототипа.

Рис. 2. Расчетная и реальная поляры самолета Як-7.

Часть вторая:

Последняя группа сил – тяга винтомоторной группы. Игра рассчитывает эти силы по большей части самостоятельно по заранее заданным законам, однако требуется ввести корректные и точные исходные данные – характеристики двигателя и винта. Причем необходимо проверить значения, выдаваемые игрой по исходным данным и при необходимости скорректировать их.

Например, исходные данные по винту ВИШ-61 приведены на рис.3.

Рис. 3. Характеристики винта ВИШ-61 по размаху, где:

Фи0 – угол установки сечения;

b – относительная хорда сечения;

с – относительная толщина сечения.

Для проверки тяги двигателя был произведен расчет исходя из доступных характеристик ВИШ-61, в т.ч. номограммы винта. Рис.4. По номограмме винта определяется КПД для текущего режима работы винта (красные линии). Тяга же рассчитывается по следующей формуле:

P=75×N×КПД/V

Где:

N – мощность;

V – скорость полета самолета.

Рис. 4. Номограмма винта ВИШ-61

Исходя из чего были рассчитаны тяги на разных режимах полета, например, на максимальной мощности на высоте 1 км в горизонтальном полете на разных скоростях:

Табл. 2

На основании полученных данных была получена достаточно точная модель. Например, в качестве валидации приведено сравнение макс. скоростей (зеленая - самолет-прототип, красная - полученные в игре). См. Рис. 5

Рис. 5. Сравнение максимальной скорости самолета-прототипа и флайт-модели.

Ну и напоследок немного рабочего процесса настройщика. Скриншот (рис. 6) из тестирования модели, полет на макс скорости на высоте 1 км:

Рис. 6

На этом этапе, располагая данными расчета, настройщик проверяет корректность значений, выдаваемых игрой для заданных параметров в ФМ, и при необходимости корректирует ФМ. Каждый желающий может почувствовать себя ненадолго настройщиком ФМ и самолично проверить, что значения всех сил на данном скриншоте соответствуют расчетным

Ну вот и все, на этом наша маленькая виртуальная лекция по динамике полета закончена. Спасибо всем, кто уделил немного своего времени и прочитал этот материал