3855_kompyuternoe modelirovanie zadach mekhaniki poleta _kaile_78sem_sait_

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Московский физико-технический институт (государственный университет)»

«УТВЕРЖДАЮ Проректор по учебной и методической работе

Д.А. Зубцов

Семестры, формы промежуточной аттестации:

7(Осенний) - Дифференцированный зачет 8(Весенний) - Дифференцированный зачет

Аудиторных часов: 102 всего, в том числе: лекции: 34 час.

практические (семинарские) занятия: 51 час. лабораторные занятия: 17 час.

Самостоятельная работа: 78 час.

Всего часов: 180, всего зач. ед.: 5

Программу составил: Ю.А. Завершнев, к.ф.м.н, старший научный сотрудник

Программа обсуждена на заседании кафедры

знать:

фундаментальные понятия, законы, теории классической и современной физики;

порядки численных величин, характерные для различных разделов физики;

современные проблемы физики, математики;

современное положении дел в разработке авиационной техники;

экспериментальные основы исследований полета ЛА с точки зрения моделирования соответствующих задач на ЭВМ.

уметь:

абстрагироваться от несущественного при моделировании реальных физических ситуаций;

пользоваться своими знаниями для решения фундаментальных и прикладных задач и технологических задач;

делать правильные выводы из сопоставления результатов теории и эксперимента;

производить численные оценки по порядку величины;

делать качественные выводы при переходе к предельным условиям в изучаемых проблемах;

видеть в технических задачах физическое содержание;

осваивать новые предметные области, теоретические подходы и экспериментальные методики;

эффективно использовать информационные технологии и компьютерную технику для достижения необходимых теоретических и прикладных результатов.

владеть:

навыками освоения большого объема информации;

культурой постановки и моделирования физических задач;

навыками грамотной обработки результатов опыта и сопоставления с теоретическими данными;

практикой исследования и решения теоретических и прикладных задач;

навыками применения ПЭВМ при моделировании задач механики полета.

4.Содержание дисциплины (модуля), структурированное по темам (разделам) с указанием отведенного на них количества академических часов и видов учебных занятий

4.1. Разделы дисциплины (модуля) и трудоемкости по видам учебных занятий

4.2.Содержание дисциплины (модуля), структурированное по темам (разделам)

Семестр: 7 (Осенний)

1. Введение, моделирование систем и процессов – этап разработки новой техники.

На ряде примеров по схеме ”от простого к сложному “ рассматривается применение моделирования при решении важных научно-технических проблем. Выделятся основные показатели классификации: аналогия и подобие, физическое и математическое моделирова-ние. Формулируются цели и задачи изучения дисциплины.

2. Критерии подобия и технология моделирования. П-теорема. Взаимосвязь физического и математического моделирования.

Современное определение основных единиц измерения в системе СИ. П-теорема. Основные критерии аэромеханического подобия.

3. Цели и задачи компьютерного моделирования полета ЛА.

Варианты практического применения компьютерного моделирования.

4. Роль программных комплексов MatLab, Simu-link и др. при моделировании задач полета. Сравнительная оценка их возможностей и областей применения.

Сравнительная оценка их возможностей и областей применения.

Общие сведения о системах компьютерного моделирования (СКМ), в том числе установленных в компьютерном классе.

5. Объектно–ориентированное программирование и его реализация в системе MatLab.

Изучение объектно–ориентированного программирования (ООП) в объеме, необходимом для решения учебных задач.

6. Постановка задачи моделирования полета современного реактивного самолета. Этапы реализации проекта.

Основные факторы, учитываемые при моделировании.

7. Описание характеристик атмосферы; представление аэродинамических характеристик, заданных в табличной форме; описание работы силовой установки, имитаци

Математическая формулировка задачи.

8. Решение задачи моделирования на примере полета транспортного самолета типа Ил-76Т с использованием системы MatLab. Отладка моделирующей программы

Решение задачи моделирования на примере продольного движения тяжелого неманевренного самолета типа Ил-76Т.

Семестр: 8 (Весенний)

9. Моделирование типовых режимов полета самолета ИЛ76Т.

Имитация характерных режимов полета с помощью разработанной моделирующей программы (сбалансированный полет, дача руля высоты и др.)

10. Понятие о системе Simulink. Моделирование коротко и длиннопериодических движений.

Первоначальные сведения о системе Simulink, учебные варианты ее применения.

11. Особенности компьютерной математики. Множество машинных чисел, их свойства. Без ошибочные вычисления.

Первоначальное занятие по изучению особенностей компьютерных вычислений.

12. Классическая интерполяция и ее недостатки, явление Рунге. Сплайн интерполяция, роль краевых условий. Экстремальное свойство сплайнов, механическая инт

Неклассический подход к интерполяции данных. “Теорема Пифагора” для сплайнов.

13. Методы аппроксимации табличных данных. Аппроксимационные (сглаживающие) сплайны. Согласованное дифференцирование.

Алгоритм построения сглаживающего кубического сплайна. Сплайны в СКМ MathCad и MatLab.

14. Понятие о вейвлет–анализе. Вейвлеты в MathLab и MathCAD. Работа с “зашумленными” данными.

Первоначальные сведения о вейвлетах и их применении.

15. Роль методов численного интегрирования систем ОДУ в задачах механики полета, нежесткие и жесткие задачи; 2-D и 3-D визуализация решений. Средства СК

Дополнительные сведения об устойчивости методов численного интегрирования систем ОДУ. Необходимость использования ”жестких методов” в задачах моделирования полета.

16. Постановка задачи моделирования полета объектов ракетно–космической техники. Использование данных Астрономического Ежегодника (АЕ).

Математическая формулировка задач моделирования полета баллистической ракеты и космического аппарата. Понятие сферы действия.

17. Решение задачи моделирования на примере полета космического аппарата Луна-9 с использованием системы Math-Cad. Отладка моделирующей программы в компью

Построение траекторий облетного типа с использованием разработанной моделирующей программы.

5. Описание материально-технической базы, необходимой для осуществления образовательного процесса по дисциплине (модулю)

Учебная аудитория, компьютерный класс с установленными на ЭВМ системами MatLab, Simulink и MathCad.

6. Перечень основной и дополнительной литературы, необходимой для освоения дисциплины (модуля)

Основная литература

1.Косарев В.И. 12 лекций по вычислительной математике. М.: Изд-во МФТИ, 2000.

2.Завершнев Ю.А. Компьютерное моделирование задач механики полета. Части 1 и 2. М:

Изд-во МФТИ, 2013-2014.

3.Горбатенко С.А., Макашов Э.М., Полушкин Ю.Ф., Шефтель Л.В. Механика полета (Общие сведения. Уравнения движения). М.: Машиностроение, 1969.

4.Ефремов А.В., Захарченко В.Ф., Овчаренко В.Н. и др.; под ред. Бюшгенса Г.С. Динамика полета. М.: Машиностроение, 2011.

5.Дьяконов В.П. MATLAB. Полный самоучитель. М.: ДМК Пресс, 2014.

6.Черных И.В. SIMULINK: среда создания инженерных приложений. М.: ДиалогМИФИ, 2003.

Дополнительная литература

1.Хайрер Э., Г. Ваннер Г. Решение обыкновенных дифференциальных уравнений. Жесткие и дифференциально-алгебраические задачи. М.: Изд-во “Мир”, 1999.

2.Грегори Р., Кришнамурти Е. Безошибочные вычисления: методы и приложения. М.: Изд-во

”Мир”, 1988

3.Васин И.С., Егоров В.И., Муравьев Г.Г. Аэродинамика самолета ИЛ-76Т. М.: Изд-во Транспорт, 1983.

7.Перечень информационных технологий, используемых при осуществлении образовательного процесса по дисциплине (модулю), включая перечень программного обеспечения и информационных справочных систем (при необходимости)

Программные комплексы и моделирующие системы MatLab, Simulink, MathCad.

8. Методические указания для обучающихся по освоению дисциплины

Студент, изучающий курс «Компьютерное моделирование задач механики полета», должен с одной стороны, овладеть общим понятийным аппаратом, а с другой стороны, должен научиться применять теоретические знания на практике.

В результате изучения дисциплины студент должен знать фундаментальные понятия, законы, теории классической и современной физики; порядки численных величин, характерные для различных разделов физики; современные проблемы физики, математики; современное положении дел в разработке авиационной техники.

Успешное освоение курса требует напряжённой самостоятельной работы студента. В программе курса приведено минимально необходимое время для работы студента над темой.

Самостоятельная работа включает в себя:

– чтение и конспектирование рекомендованной литературы,

– проработку учебного материала (по распечаткам моделирующих программ, учебной и научной литературе), подготовку ответов на вопросы, предназначенные для самостоятельного изучения.

Руководство и контроль за самостоятельной работой студента осуществляется в форме индивидуальных консультаций.

9. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации по итогам обучения

Приложение

ПРИЛОЖЕНИЕ

ФОНД ОЦЕНОЧНЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ОБУЧАЮЩИХСЯ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

Семестры, формы промежуточной аттестации:

7(Осенний) - Дифференцированный зачет 8(Весенний) - Дифференцированный зачет

Разработчик: Ю.А. Завершнев, к.ф.м.н, старший научный сотрудник