ارائه مدل رياضي استخراج ضرايب آيروديناميكي در آزمايش آيروبالستيك مافوق صوت پرتابه

The Presentation of a Mathematical Model for Aerodynamic Coefficients Extraction in Supersonic Aeroballistics Projectile Test

يكي از روش‌هاي دقيق اندازه‌گيري پارامترهاي آيروديناميكي، روش پرواز آزاد مدل در آزمايشگاه‌هاي آيروبالستيك مي باشد. در اين روش مي‌توان مواردي از قبيل آزمايش مدل‌ها در محدوده وسيعي از سرعت‌هاي پروازي مادون، حدود، مافوق و ماوراء صوت، آزمايش مدل‌ها در ابعاد ميلي‌متر تا آزمايش آن‌ها در ابعاد حدود متر، اندازه‌گيري پارامترهاي مربوط به مسير حركت و پارامترهاي آيروديناميك و آيروالاستيك، بررسي عملكرد سامانه‌هاي كنترل وسيله طراحي شده، آزمايش تحمل دمايي مواد، بررسي تحمل سازه، بررسي مسائل برخورد با سرعت‌هاي بسيار بالا و بررسي مسائل بازگشت به جو زمين را بررسي نمود. در اين آزمايشگاه ايستگاه‌هايي براي اندازه‌گيري داده‌هاي پروازي مدل در فواصل معين قرار گرفته است كه با روش‌هايي از قبيل تصويربرداري و تله‌متري داده‌ها استخراج مي‌شود. مسئله مطرح ارائه يك مدل رياضي مناسب و با خطاي كم به‌منظور استخراج ضرايب آيروديناميكي از داده‌هاي خام اندازه‌گيري شده با توجه به تعداد ايستگاه‌هاي اندازه‌گيري و فواصل آن‌ها مي باشد. لذا در اين كار يك بررسي اجمالي استخراج ضرايب آيروديناميكي در آزمايش آيروبالستيك براي استفاده از داده‌هاي تصويربرداري انجام شده و به‌عنوان يك ابزار و روش اين كار ارائه گرديده است. با توجه به نتايج ارائه‌شده مي‌توان گفت كه استخراج ضرايب استاتيكي و ديناميكي مستقل از هم نيست و بايد به‌طور هم‌زمان محاسبه شوند. در صورتي كه ضرايب ديناميكي مقدار قابل توجهي داشته باشند نمي‌توان از آنها صرف‌نظر كرد. دقت مورد نياز اندازه‌گيري در حالتي كه ضرايب ديناميكي باعث استهلاك نوسانات شده‌اند، با 20 ايستگاه حدود 0.1 درجه است؛ در حالي كه با 10 ايستگاه دقت 0.10 درجه كفايت نمي‌كند و دقت بالاتر از آن نياز است.

The precise method for aerodynamic parameters measurement in aeroballistics labs, is the free flight method. It can be used to test different models at a wide range of flight speeds including subsonic, transonic, supersonic and hypersonic speeds, and in the millimetric to metric range dimensions. It can be utilized to measure the path-equation related parameters and the aerodynamic and aeroelastic parameters. Moreover, it has the capability for checking the performance of designed control systems, testing material temperature tolerance, testing structural strength and addressing high-speed collision and re-entry problems. In this lab, stations for measuring flight model data are located at certain distances that extract data using imaging and telemetry techniques. The main goal is to provide a suitable mathematical model with precise accuracy in order to extract aerodynamic coefficients from raw data measured according to the number of measurement stations and their intervals. Therefore, for the purpose of using imaging data, an overview of aerodynamic coefficients extraction in the aeroballistics test is carried out. The results show that static and dynamic coefficients are not independent in extraction and should be calculated simultaneously. Dynamic coefficients cannot be ignored if the magnitudes are significant. The measurement accuracy required when the dynamic coefficients cause the damping of the oscillations is about 0.1 degree with 20 stations, while the accuracy of 0.1 degree with 10 stations is inadequate and higher than that is required.