Sök
Stäng
Meny
Site Page

Totalförsvarets forskningsinstitut

Totalförsvarets forskningsinstitut

Kontakt

Aeorodynamik, signaturteknik och struktur- och materialteknik

Flygmekanik omfattar hela området avseende dynamik för flygfarkoster, inklusive regler­teori och reglerteknik tillämpat på flyg­farkoster, samt metoder för att analysera pilotens roll i bemannade farkoster.

En viktig del av området utförs av analytiska eller numeriska metoder för att avgöra om ett givet styr­system gör en flyg­farkost hanterbart på ett säkert sätt. Verksamheten kopplar även till styrningen av autonoma farkoster. Dessutom finns kopplingar till både aerodynamik och strukturteknik via de aeroelastiska fenomen som nämnts ovan.

Aeorodynamik

FOI bedriver idag en tillämpad och forsknings­nära aerodynamisk verksamhet huvudsakligen inriktad mot bemannade och obemannade militära flygande farkoster, vilket även inkluderar vapen och robotar. Syftet är att utveckla förmågan att bedöma och värdera flygande koncept avseende grundläggande prestanda, stabilitet, vapenintegration, vapen­separation, integrering av framdrivning inklusive utformning av luftintag mm, samt producera aerodata för simulerings­modeller och bulleranalyser.

Forskningen är huvudsakligen inriktad mot simulering med CFD-metoder (Computational Fluid Mechanics) av instationära strömnings­fenomen, strömningsstyrning samt aero­dynamisk design och formoptimering.

CFD (Computational Fluid Dynamic) är en gren av fluid­mekaniken där numeriska metoder används för att analysera strömningsproblem. Den grund­läggande matematiska modellen som CFD vilar på är Navier-Stokes ekvationer som är ett system av partiella differential­ekvationer som primärt beskriver det tids- och rumsberoende hastighetsfältet i en fluid. Ekvationerna är olinjära och måste lösas numeriskt. FOI utvecklar egen CFD-program­vara, strömningskoden M-Edge, för att lösa de kompressibla Navier-Stokes ekvationerna på beräkningsnät med en så kallad finit volymsteknik.

De aerodynamiska studierna utgår normalt från att flygplanets geometri är oförändrad under flygning. Då ingående struktur­material inte är stela utan elastiska så leder flygning till att de laster som flygplanet utsätts för deformerar ingående struktur­delar, t.ex. vingarna, avsevärt. Detta leder i sin tur till nya laster på planet vilket leder till en ny deformation och så vidare till jämvikt uppstår eller i vissa fall kraftiga vibrationer i form av fladder uppstår. Inom aero­elasticitet utvecklas modeller och beräknings­verktyg för att kunna hantera dessa problem, vilka blir allt viktigare då många flygagande farkoster blir allt slankare. Att planets styrytor som roder deformeras kopplar även till den flyg­mekaniska forskningen med tillämpningar på flygplanets reglersystem.

Signaturteknik

FOI genomför multidisciplinära analyser av smyg­farkoster och även detaljerade analyser för utformning av delsystem med lågsignatur­egenskaper. Radar- och IR-spridnings­karakteristik av material och objekt förut­bestäms, analyseras och mini­meras utan att andra kritiska prestanda såsom aero­dynamiska eller strukturella egenskaper påverkas.

FOI har ansvar för de båda nationella signatur­koderna SAFIR för IR-beräkningar och EMCAV för radar­signatur­beräkningar i kaviteter (typiskt luftintag). Utvecklingen av dessa verktyg sker i samarbete med både olika SAAB-företag och Volvo Aero, vilka också är användare av koderna.

Struktur- och materialteknik

Strukturmekanik är en relativt mogen disciplin där det finns många mer eller mindre hel­täckande kommersiella beräknings­program baserade på finita elementmetoden. FOI har utvecklat ett beräknings­verktyg, Stripe, med speciell inriktning mot tillförlitliga storskaliga analyser av skadad metall och komposit­struktur. Verktyget kan används för virtuell testning, certifiering och ackreditering. Stripe är en hp-adaptiv kod speciellt anpassad för stora datorkluster med upp till tusentals CPU:er (datorer). Vidare har Stripe en matematisk grund som gör att programmet räknar exakt rätt med givna förut­sättningar i form av randvillkor och strukturens belastning. Ytterligare en egenskap är att de finita elementen kan distorderas mycket utan att slutresultatet försämras, samt att det behövs väsentligt färre finita element än i modeller för konventionella program.

I verktygslådan finns även egenutvecklade koder, baserade på brottmekanik, för att prediktera sprickors tillväxt som funktion av belastningscykler. Koderna är speciellt anpassade för skadetålighetsanalyser.

Kontakt
Till startsidan, foi.se

FOI forskar för en säkrare värld.

FOI:s kärnverksamhet är forskning, metod- och teknikutveckling samt analyser och studier.
Myndigheten är uppdragsfinansierad och ligger under Försvarsdepartementet.

FOI:s kärnverksamhet är forskning, metod- och teknikutveckling samt analyser och studier. Myndigheten är uppdragsfinansierad och ligger under Försvarsdepartementet.