نوشته: reza128

شبیه سازی کامپیوتری از تکنیکهای نسبتا جدیدی است که با توسعه کامپیتوترها همگام بوده و امروزه در تمام زمینه های علمی و تکنولوژی کاربرد دارد در این نوشتار با توجه به اینکه شبیه سازی کامپیوتری بخصوص در ایرودینامیک تخصص خودم است قصد دارم به این موضوع مهم در طراحی هواگردها به زبان بسیار ساده بپردازم تا اطلاعات خوبی به خواننده با هر سطحی از معلومات داده باشم.

شبیه سازی کامپیوتری چیست؟

شبیه سازی کامپیوتری تصویر سازی و یا انیمیشن سازی نیست (هرچند که نتایج معمولا با یک تصویر یا انیمیشن نشان داده می شود) شبیه سازی کامپیوتری حل معادلات حاکم بر یک پدیده خاص فیزیکی (ایرودینامیک، انتقال حرارت، سازه ها و غیره) با استفاده از روشهای عددی به کمک کامپیوتر است. فرایند کار بطور خلاصه در سه مرحله انجام میشود:

۱- استفاده از معادله حاکم بر پدیده فیزیکی مورد نظر (به عنوان مثال معادله موج برای محاسبه سطح مقطع راداری).

۲- انتخاب یک روش عددی مناسب برای حل آن معادله (مهمترین و مشکلترین قسمت همین روش عددی است).

۳- نوشتن برنامه کامپیوتری (یک نرم افزار) برای حل آن روش عددی.

دقت نتایج بستگی به خواست طراح و قدرت کامپیوتر مورد استفاده دارد در حالت کلی به دقتهای بیش از۹۷% نیز می توان به راحتی در حل معادله حاکم رسید از این رو شبیه سازی کامپیوتری یکی از مهمترین ابزارهای طراحی مهندسی در جهان امروز است بطوری که تمامی هواگردهای امروزی به کمک این روشها طراحی شده اند، از جمله می توان به جنگده های نسل پنجم فعلی اشاره نمود.

1

شبیه سازی جریان هوا در اطراف ایرباس آ ۳۸۰

در این روشها کافیست شما یک مدل سه بعدی از طرح مورد نظر طراحی کنید و محاسبات آیرودینامیکی، حرارتی، سازه ای و یا سطح مقطع راداری را به کمک کامپیوتر انجام دهید و دقت نیز بستگی به امکانات شما دارد (در مورد شرکتهای بزرگ طبیعی است که در حد عالی وجود دارد)، به همین دلیل دیگر کسب اطلاعات محرمانه از طرح جنگنده ها مشکل نیست و هر رقیب میتواند به راحتی خصوصیات طرحهای طرف مقابل را بدست اورد (به غیر از مواد مصرفی، کیفیت ساخت و اویونیک) نکته جالب این است که مدلهای سه بعدی بسیاری از جنگنده ها را با کیفیت خیلی خوب به راحتی می توان در سایتهای مختلف پیدا نمود و خریداری کرد البته توجه شود شبیه سازی کامپیوتری امکان طراحی را برای استفاده کننده فراهم میکند نه ساخت، زیرا فرایند ساخت چیز دیگری است به عنوان مثال اگر ما موتوری بسیار مدرن با شبیه سازی کامپیوتری طراحی کنم و ان را با متریال معمولی بسازیم همان شبیه سازی کامپیوتری می تواند پیش بینی کند که موتور فوق ۲ ساعت نیز عمر نخواهد داشت!! (توجه شود استفاده از “مواد با کیفیت نامناسب” در قطعات مکانیکی لزوما باعث کاهش کارایی دستگاه نمیشود بلکه تاثیر ان بر عمر دستگاه است) لذا بحث طراحی و ساخت متفاوت است البته طراحان نیم نگاهی هم به امکانات ساخت دارند در غیر این صورت با یک طرح غیر قابل اجرا روبرو میشوند.

2

شبیه سازی جریان هوا اطراف تیغه های روتور کمپرسور یک موتور جت

امتیازهای شبیه سازی کامپیوتری

۱- باعث سرعت در فرایند طراحی میشود.

۲- باعث کاهش هزینه های طرح میشود به عنوان مثال در طراحی ابتدایی نرم افزار پرواز با سیم میتوان از داده های شبیه سازی ایرودینامیکی (داده های سی اف دی) استفاده نمود و نرم افزار سیستم پرواز با سیم را برای طرحهای ناپایدار و یا پایدار تحت کنترل کامپیوتر نوشت مانند کاری که بوئینگ در مدل ۷۸۷ انجام داد.

۳- بسیاری از ازمایشات که انجام انها دشوار و یا غیرممکن است را میتوان به سادگی انجام داد (تنها عامل محدودکننده قدرت کامپیوترهاست).

۴- قدرت پیش بینی و انتخاب بالایی به طراح میدهد.

مورد چهارم از اهمیت زیادی برخوردار است زیرا طراح میتواند نتیجه ان چیزی را که فکر می کند از قبل ببیند و به نقاط قوت و ضعف ان پی ببرد به عنوان مثال با شبیه سازی کامپیوتری طراحان اف ۳۵ می دانستند که این هواپیما توانایی ابرکروز ندارد و در مقابل یک عمل انجام شده قرار نگرفته اند انتخاب خودشان بوده (درست یا غلط). به همین دلیل وقتی به یک طرح نگاه میکنید بدانید طراح ان از قبل عملکرد ان را با دقت بالایی می دانسته و برای رسیدن به هدف خاصی ان را طراحی کرده است. نمونه دیگر آن را می توان در طرحهای اف ۳۵ و تی ۵۰ دید که هر دو با استفاده از شبیه سازی کامپیوتری طراحی شده اند. همانطور که در شکل ۱ می توان دید دو طرح متفاوت هستند. تی ۵۰ یک طرح سرعتی اما اف ۳۵ چنین نیست (این را می توان از دهانه های ورودی غیر متغیر موتور اف ۳۵ هم متوجه شد که سرعت پرواز را بشدت محدود میکند) این نشان می دهد طراحان هدفهای متفاوتی را در نظر داشته اند ولی دقیقا میدانستند دنبال چه هستند در حالیکه یک علاقمند فقط ممکن است بگوید کاناپی اف ۳۵ چقدر بزرگ و زیباست (البته واقعا هم هست).

3

دماغه و کاناپی اف ۳۵ و تی ۵۰

در اینجا دقت شود من قضاوتی در مورد برتر بودن هیچکدام از این دو طرح بر دیگری به عنوان یک جنگنده نمیکنم زیرا پارامترهای دیگری مانند اویونیک (رادار و سایر سنسورها و کلا الکترونیک جنگی آنها)، کیفیت ساخت و مواد مورد استفاده باید لحاظ شود و بررسی من صرفا مربوط به ظاهر است و از نظر ایرودینامیکی میگویم با دو طرح کاملا متفاوت روبرو هستیم.

4

نتایج شبیه سازی کامپیوتری سطح مقطع راداری سه هواپیمای اف ۲۲، اف ۳۵ و تی ۵۰ از روبرو و پشت

سخن پایانی

این یک نوشتار ساده به زبان ساده برای علاقه مندان به دانستن موضوع شبیه سازی کامپیوتری بود همانطور که گفته شد مهمترین و مشکلترین قسمت در شبیه سازی کامپیوتری انتخاب روش عددی است. اگر کسانی علاقمند به مطالعه در سطح بسیار بالا هستند می توانند به مقاله من به آدرس های زیر رجوع کنند در این مقاله من قدرتمندترین روش عددی ارائه شده تاکنون را برای شبیه سازی کامپیوتری معرفی کرده ام که مربوط به ۲۶ تیرماه سال ۱۳۹۵ است در ICCFD9 در استانبول. نکته مهم در مورد مدل ریاضی ارائه شده توسط اینجانب این است که نرم افزاری نوشته شده برمبنای این مدل (چنانچه نوشته شود) بوسیله کسانیکه دانش کمی در مورد رشته های مهندسی دارند هم قابل استفاده است زیرا مدل ریاضی به گونه است که از ایجاد جوابهای غیرفیزکی و غیرواقعی جلوگیری میکند. در واقع بعد از دهها سال که این الگوریتمها توسط ناسا یا با حمایت ناسا  ارائه میشد و مشکلات زیادی هم داشتند. این اولین الگوریتمی است که خارج از حمایت ناسا تهیه شده و فاقد هر گونه مشکلی است.

http://iccfd9.itu.edu.tr

یا ورژن قدیمی آن به ادرس زیر (ورژن جدید توصیه میشود اختلاف زیاد است)

http://world-science.ru/euro/512

یا

http://www.sci-en-tech.com/ICCM2015/Presentation_Schedule.html

19+

کاربرانی که این مطلب را پسندیده اند:

  • avatar

درباره

41 دیدگاه

  • سلام. سوپر کروز ایا معنیش این هست که یعنی بدون پس سوز سرعت صوت رو رد کنه؟

  • اقای تارخ خسته نباشید لطف میکنید یه مقاله درمورد انواع موتورها و ایجاد کننده های نیرو محرکه در مباحث نظامی بگذارید. یه سوال هم دارم موتور جت چطور با این شدت میچرخه. چطور استارت میزنه چطور چرخش دورانی داره اما خود موتور کشیده اس و هیچ بخش متحرک بجز پره ها نداره.

  • سلام  حمید جان ممنون میشم در مورد عکس آخر بیشتر توضیح بدید ک کدوم یکی برتری داره با توجه ب این شبیه سازی؟/

  • دروداقای تارخ ترکیه چرا معمولا از m60 برای ماموریت خارجی استفاده میکنه…اینطور که معلومه اپگریدی هم ندوشتن اینایی که رفتن سوریه دلیلش چیه؟؟؟

  • استاد با سلام قرار بود درباره ی رادار های آرایه فازی فعال روی جتها مخصوصا رادار های ساخت شرکت ریتیون مطب بزارید جای خوندم تو کامنت ها

  • سلام …لطفا میشه نتایج شبیه سازی کامپوتری سطح مقطع راداری رو تحلیل کنید ما هم بفهمیم نتایج چیه ؟ 

  • سلام اقای تاریخ یک سوال داشتم .کشوری مثل آمریکا در ساخت جنگنده مناقصه برگزار می کند و حتی تا تولید پیش نمونه هم طرح ها با یکدیگر رقابت می کنند . حالا سوال من این است که کشوری چین نیز این سیکل کاری را انجام می دهد و اگر انجام می دهد حتما چند طرح خوب و در بایگانی دارد. و سوال اصلی من این است که ما سالها در تلاش برای طراحی جنگنده هستیم و توفیق چندانی نداشتیم  و حداکثر طرح ها تا نمونه کوچک پیش رفته و آن هم در جنگنده کوچک .آیا امکان دارد یک طرح آماده خوب از چین خریداری کنیم و یا سفارش بدهیم تا طراحی کنند ؟

    • سلام خوب در چین و یا دیگر کشورها کمتر ولی در امریکا چنین مناقصاتی بیشتر به چشم میخورد
      بله می شود در دنیا سلاح های زیادی به شکل اختصاصی طراحی شدند

      • سلام.سوالم بی ربط به این مقاله است.جنگنده های روسی مانند جنگنده های آمریکایی دارای غلاف یا پاد مانند غلاف اسنایپر هستند؟نقطه زن هست؟چه جوری غلافهای آمریکایی روی هدف قفل میکنند و دقیقا نقطه ای هدف را مورد اصابت قرار میدهند.یه درخواستم داشتم لطفا در مورد انواع غلافها مطلب بگذارید خصوصا در مورد غلافهای شلیک روسی اگه دشاته باشند.

        • سلام جنگنده های روسی بسیار به ندرت چنین غلافی حمل مکنند و در مورد اینکه این غلاف های چگونه کار میکنند باید به کارکرد تسلیحات هدایت لیزری رجوع کنید که در سایت است

  • با سلام .حالا همین هایی که گفتی چقدر تو این ایران کار شده و آیا قاهر هم اینگونه طراحی شده

    • هر چیزی گه امروز طراحی میشه در ایران با این روشهاست و قاهر هم با نرم افزار انسیس طراحی شده.

      • انسیس نرم افزار طراحی یا به اصطلاح CAD نیست بلکه نرم افزار مهندسی یا به اصطلاح تحلیل CAE  میباشد. CAD : computer  aided designCAE : computer aided engineer CAM : computer aided manufacture 

      • ۱-
        انسیس یک شرکت است که انواع نرم افزارهای مهندسی را تولید میکند نه صرفا یک نرم
        افزار تحلیلی. 

        ۲- در علوم مهندسی طراحی شکل کشی تنها نیست بلکه ترسیم بهمراه محاسبات فنی است
        وقتی میگوییم طراحی هواپیما منظور کشیدن شکل آن بهمراه محاسبات فنی است در کجای
        دنیا کسی که شکل هواپیما را می کشد طراح هواپیما و آن شکل را طراحی هواپیما می
        نامند؟!

        ۳- اگر مقاله را با دقت خوانده بودید متوجه میشدید منظور تحلیل است نه شکل
        کشی.

        ۴- در زمان معرفی قاهر در اخبار بیست و سی شبیه سازی کامپیوتری ایرودینامیکی آن را که روی نرم افزار انسیس فلوئنت بود نشان داد و من برهمان اساس گفتم
        والا علم غیب ندارم.

      • همه نرم افزار ها نمیتونن کار طراحی و تحلیل و همینطورتولید رو با هم انجام بدن در تصویریکه شما در تلویزیون دیدین احتتمالا قبلا طراحی که گویا شما اون رو با نقشه کشی میشناسید در نرم افزار دیگری انجام شده بود و سپس برای تحلیل داشتن از انسیس استفاده میکردن چون انسیس این قابلیت رو داره که روی خروجی نرم افزار هایی مثل کتیا یا سالید ورکس تحلیل انجام بده اصلا بدیهیع بعد که طراحی انجام شد با نرم افزار هایی مثل کتیا یا سالید تحلیل سیالاتی و لایه مرزی و موترد اینچنینیرو با یه نرم افزار تحلیلی سیالاتی مثل فلوئنت انجام میدن و تحلیل دینامیکیو مکانیکی رو با نرم افزاری مثل آباکوس و انسیس تازه با وجود عملیاتی که نرم افزار ها انجام میدن مسأله که هنوز براش جایگزینپیدا نشده مبحث آنالیز ابعادی و تشابهه که حتما نیاز به مدلسازی و انجام آزمایشات روی اون مثلا تست تونل و باد و آزمایشاتی از این دسته

      • اینها چه ربطی به مقاله من داره. موضوع این مقاله چیز دیگه ای است. شبیه سازی کامپیوتری و ربطی به ساخت نداره در مقاله هم ذکر شده. برای اطلاع شما تمام اون نرم افزارها رو بهتر از شما میشناسم و ایمیلم از سازندگان همون نرم افزارها برای همکاری در استفاده از روش ابداعی من پر شده. انچه شما خوانده اید من بهترش را ساخته ام.

    • از نظر شبیه سازی کامپیوتری پتانسیل کشور خیلی بالاست. نقاط ضعف ما بیشتر در بحث متریال و ساخت و تولید و همینطور الکترونیک و سیستم های هدایت است. در بحث روش های ساخت فقط همین یک مورد را بگم  در مستندی دیدم پرس هیدرولیکی بسیار عظیمی(در حد یک ساختمان چند طبقه) بود که بعضی قسمت های جنگنده اف۱۸ را با آن میساختند. فکر نکنم دستگاهی با یک چهارم قدرت آن هم در ایران وجود داشته باشه!!

  • سلام اب در کوزه و ما گرد جهان …استاد شما هستی و اونوقت من دربدر مقاله یا سایتی در مورد رفتار کاناردها میگشتم.لطفا اگه سایتی رو میشناسید لینکشو برام بزارید .عجله هم ندارم هر وقت وقت داشتید.دو ساله میخام یک هواپیمای مدل تهیه کنم بنظرتون با یک میلیون میتونم یه مدل کوچک شبیه به یاگ ۱۳۰ با موتور الگتریکی در ابعاد کوچک بسازم.یا برم سراغ سسنا که ساده تره.تا یک و سیصد پس انداز دارم.مرسی

  • شبیه سازی تاثیر داره ولی نه اونقدر که تاکتیک جنگی با یک شبیه سازی بسته بشه. چون احتمال خطا زیاده و ذهن و اختیار و تصمیم انسان رو نمیشه شبیه سازی کرد چون معلوم نیست یک سرباز یا فرمانده توی شرایط جنگی زیر فشار آیا تصمیم معقولی میگیره یا قاطی میکنه و … غیر از فرد نمیشه وضعیت سخت افزار تسلیحاتی رو هم درست حساب کرد مثلا استهلاک و میزان اطمینان و … که برای تسلیحات مثل جنگنده و تانک و … رو نمیشه درست حساب کرد مثلا تو شبیه سازی میگه F16 با عمر ۵ سال و ۳۱۰۰ ساعت پرواز آمادگیش از ۰ تا ۱۰۰ میشه عدد ۷۱ ولی آیا واقعا همینه یا ممکنه تو شرایط جنگی از کار بیفته یا مورد اصابت قرار بگیره و سقوط کنه یا واقعا عالی عمل کنه.البته خب آمریکا پیشرو هست ولی تو ایران که ۲۰۰ سال دیگه هم نمیاد.

    • اینها شبیه سازی علمی هستند برای طراحی و ربطی به عامل انسانی نداره. طراحی سازه ای، حرارتی، ایرودینامیکی و سطح مقطع راداری.