Safety-critical flight software for autonomous aerial vehicles must respect the physics of flight and the constraints of embedded hardware. Existing practice relies on general-purpose languages where physical units are implicit and dimensional consistency is enforced only by reviews, unit tests, and flight campaigns-leaving systems vulnerable to catastrophic unit mismatches such as the Mars Climate Orbiter loss. This paper introduces AeroLang, a domain-specific language for flight control that makes physical units and real-time constraints first-class language citizens. AeroLang programs combine explicit SI unit annotations, declarative real-time loop periods, and an @EMBEDDED mode that statically forbids unbounded allocation. A complete compiler pipeline is presented: an LALR(1) parser, a semantic type checker performing compile-time dimensional analysis, and a Python code generator producing zero-overhead control components. The language is demonstrated through a morphing-wing UAV controller coupled to a free-vortex-wake aerodynamic model and an Euler-Bernoulli aeroelastic model. All dimensional inconsistencies are caught at compile time, the generated controller executes with negligible overhead, and the closed-loop system reproduces morphing-wing efficiency gains of approximately 11.3% in lift-to-drag ratio, consistent with published literature.
The paper deals with monitoring the quality of a shaped part of a mould made from H13 tool steel using additive manufacturing. The shaped part of the mould is a key element in the casting of aluminium alloys by high pressure die casting (HPDC) technology and has a major influence on achieving the desired quality of the casting. This paper presents an evaluation methodology which includes the results of surface quality analysis and dimensional accuracy and stability of additively manufactured parts. These analyses were carried out from the production of the mould part to its application in the foundry operating conditions. The comprehensive analyses offer an overall view of the changes caused by individual technological operations. These operations are additive manufacturing, heat treatment, machining, and final coating before implementation into the operating conditions of the foundry. The paper also describes monitoring the quality of the mould part in regular cycles during the production of aluminium castings. This methodology and the results provide new insights in the field of engineering metallurgy.
The paper presents the results of dimensional and shape analysis of additively manufactured shaped parts of foundry moulds; specifically, shaped gate valve inserts made of DIEVAR steel used in the die-casting process of aluminium alloys. The paper aims to provide a comprehensive overview of dimensional and shape analysis during the manufacturing of shaped mould parts before their use in foundry operating conditions. The manufacturing operations include additive manufacturing, heat treatment, machining, and applying a protective coating. Based on these technological operations, the required component accuracy is achieved before application in the operating conditions. The dimensional and shape analysis was measured by 3D scanning and 3D measuring methodology on a coordinate measuring machine. The ROMER ABSOLUTE ARM 3D scanning arm and the THOME PRÄZISION coordinate measuring machine were used for the measurements. The paper presents findings in the development and application of additive manufacturing technologies in engineering metallurgy.
Designation of places for public transport stops is a key component of research on their accessibility. However, further research is needed to solve the problem with organization of public transport stops. This paper provides the results of an priori ranking analysis aimed at defining the most significant factors affecting the accessibility of stops and their scope. The proposed mathematical model, which uses dimensional theory, consists of two stages: pedestrians’ movement to a stop and passengers’ trip to a transit stop. It is a theoretical premise that allows to determination of placement of public transport stops considering the main indicators, which are the distance covered by pedestrians and the speed of public transport.
This article presents the third and last part of the problem of diagnosing the fatigue of marine propulsion shafts in terms of energy with the use of the action function, undertaken by the authors. Even the most perfect physical models of real objects, observed under laboratory conditions and developed based on the results of their research, cannot be useful in diagnostics without properly transferring the obtained results to the scale of the real object. This paper presents the method of using dimensional analyses and the Buckingham theorem (the so-called π theorem) to determine the dimensionless numbers of the dynamic similarity of the physical model of the propulsion shaft and its real ship counterpart, which enable the transfer of the results of the research on the energy processes accompanying the ship propulsion shaft fatigue from the physical model to the real object.
To model the nonlinear behaviour of vibrating systems, Taylor expansion with integer powers is often used. Some systems, however, are inherently nonlinear. In the case of a non-integer real exponent, the power-law system cannot be linearised around the equilibrium position using Taylor expansion. The approach presented here provides a simple estimate of the principal frequency of free vibration in systems with power-law restoring force. Without seeking the precise mathematical form of the output waveform, we only focus on the principal frequency. The first step is the use of dimensional analysis to reduce the number of parameters. Two independent non-dimensional groups are formed and functional dependence between them is sought using numerical simulations. Once this dependence is known, the principal frequency of free vibration can be readily determined for any system properties and any initial conditions. Finally, we compare the numerical results to analytical expressions for a few restoring force exponents.
In the paper, the authors present an ongoing research on the absorption and measurement uncertainty of perforated panels made at different scales. Knowing the similarity criteria describing the relation between a full-size perforated panel and its scaled equivalent, it is possible to conduct the measurements of the elements of significantly reduced size - with an area not exceeding 0.2 m2. This procedure notably decreases the costs resulting from the production, transportation and storing the measurement samples. At the same time, the obtained values of sound absorption coefficient measured for the samples at 1:8 scale will characterize their full-size equivalents of geometry changed according to the derived similarity criteria. The paper discusses the possibilities of measurement of scaled samples.
8
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Korzystając z pojęcia wymiarowej zależności i niezależności wielkości fizycznych oraz z własności macierzy wymiarowej, podano prosty i logicznie poprawny sposób stosowania analizy wymiarowej w praktyce. Podano nowe zasady formułowania bezwymiarowych argumentów w równaniach kryterialnych.
EN
A simple and logic method for construction of dimensional matrices and derivation of criterial equations was given and exemplified on heat transfer during turbulent flow of liqs. in tubes.
In this study, the wear of wire electrodes was investigated experimentally in wire electrical discharge machining. Naked brass wire, 0.25 mm diameter, zinc oxide coated brass wire and brass CuZn20 coated with brass CuZn50 wire were applied in the conducted research. The wire wear ratio of WEDM of titanium alloy Ti6Al4V and cemented carbide B40 was described. As important WEDM parameters, the following variables were chosen: discharge time ton, average working voltage U. The following properties of machined materials, such as: melting point Tt, electrical conductivity σ, thermal conductivity K, thermal expansion coefficient k, density ρ, heat capacity cp, were also selected to develop the semi-empirical model of the wear of wire electrodes. The variation of the wire wear with cutting different materials by applying three different wire electrodes and process parameters was modelled semi-empirically by employing dimensional analysis.
The paper presents a way of describing the vertical dynamic load of the crane supporting structure caused by driving over uneven surfaces with the use of a dimensional analysis and similarity theory model. The applied method allows to conduct an initial, theoretical and qualitative analysis and to designate dimensionless parameters affecting the studied process. The obtained values were compared with the dynamic coefficients calculated on the basis of current standards.
11
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Warunki eksploatacji materiałów ogniotrwałych stosowanych w różnych urządzeniach są zmienne, a szereg różnych czynników ma wpływ na trwałość tych materiałów. Podjęto próbę wyznaczenia zależności kryterialnej określającej stopień zużycia materiału ogniotrwałego typu MgO-C, użytego do wyłożenia kadzi głównej stalowniczej, w zależności od kluczowych czynników eksploatacji kadzi i korozyjnego oddziaływania żużla na ogniotrwałe wyłożenie kadzi. Kształt proponowanej zależności kryterialnej jest charakterystyczny dla wybranego urządzenia, ale współczynniki tej zależności są zmienne i charakterystyczne dla konkretnego materiału ogniotrwałego. Zależność kryterialna wyprowadzona w niniejszej pracy stosuje się do materiału MWH643 przeznaczonego na wyłożenie ogniotrwałe kadzi głównej stalowniczej.
EN
Working conditions for refractory materials applied in various high temperature devices are variable, and the lifetime of these materials depends on many different factors. Therefore an attempt to determine a dimensionless dependency of wear degree of MgO-C materials used for a steel ladle lining has been undertaken. The form of the dimensionless equation consists of key factors of ladle operating conditions and corrosive effect of slag on the refractory lining. The equation is characteristic for a specific high temperature device, but its constant and exponents are variable and distinctive to the type of refractory material in use. The relationship, which was elaborated, was accurate for the material MWH643 used in refractory linings of steel ladles.
12
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono problematykę modelowania, która może być zastosowana do porównywania procesów logistycznych. Ponadto wskazano, że opracowana procedura porównywania procesów powinna bazować na teorii podobieństwa. Szczególnie przydatna do tego celu może być analiza wymiarowa, która pozwala w sposób prawidłowy wyznaczyć kryteria podobieństwa procesów.
EN
In article there were presented modelling issues, which could be used to comparison of logistic processes. It was pointed out that proposed procedure of processes’ comparison should base on similarity theory. For accomplishing the aim particularly useful could be dimensional analysis, which allows explicitly determine criteria of similarity of processes.
Pojęcie frettingu obejmuje skutki działania złożonych zjawisk zachodzących na powierzchniach elementów dociskanych do siebie i obciążonych zmienną siłą. Obecnie panuje zgodność, że fretting jest zjawiskiem o bardzo złożonym mechanizmie zużywania, w którym nakładają się lub następują po sobie: zużycie adhezyjne, zmęczenie powierzchniowe, odwarstwianie, utlenianie, ścieranie wierzchołkami nierówności i luźnymi produktami zużycia. Aktualna kwerenda czasopism obejmująca tę tematykę, a w szczególności Wear lub International Tribology wskazuje, że problem zużycia frettingowego jest rozpatrywany głównie pod względem wpływu doboru materiału lub procesu technologicznego na inicjację zużycia w węźle tribologicznym. Autorzy podjęli próbę wyjaśnienia rozwoju zużycia frettingowego w połączeniu koło – oś kolejowego zestawu kołowego z automatyczną zmianą rozstawu kół. Wstępna eksploatacja zestawu pokazała, że już po niewielkim przebiegu istniały duże problemy w zmianie rozstawu kół. Po demontażu zestawu kołowego obserwacje powierzchni podpiaścia osi pokazały występowanie uszkodzeń frettingowych w obszarze styku z piastą koła powodujące zablokowanie koła na osi w trakcie zmiany jego rozstawu. Badania na rzeczywistym obiekcie jakim jest zestaw kołowy są trudne, z tego względu autorzy zaproponowali badania modelowe przy symulacji rzeczywistych warunków eksploatacji, a metodyka przeprowadzenia tego typu badań jest głównie tematem niniejszego artykułu.
EN
The notion of fretting comprises the effects of complex phenomena actions on the surfaces pressed against each other and loaded by a variable force of the elements. At present mechanical engineers agree that fretting is a phenomenon of a very complex wear mechanism, in which there overlap or follow in succession: adhesive wear, surface fatigue, exfoliation, oxidation, irregularities apex wear and loose products wear. The present query of periodicals dealing with the above subject, especially Wear or International Tribology, shows that the fretting wear problem is mainly considered in the aspect of the influence of material selection or technological process on the initiation of wear in the tribological node. There are no publications on the studies of fretting wear development mechanism in actual nodes of machines or vehicles. Carrying out tests on a real object such as a wheelset is very difficult. Fretting wear studies of a connection a wheel – a wheelset axle, in agreement with Heinke’s classification of experimental tests, can be carried out as model tests on simple specimens when simulating real exploitation conditions. The advantage of such studies is first of all: a simple construction of a sample, easy selection of a typical stand for fretting wear tests, a significant shortening of the testing time, the possibility of detailed evaluation of wear in the connection area by making use of, among others, metallographic and metrological tests, lowering the costs of making the connection model and the tests themselves. On the other hand the disadvantage is the necessity of the achieved results verification with those carried out on a real object.
W pracy przedstawiono metodę wyznaczania skali podobieństwa modelowego – kU energii sprężystej przejętej przez sztuczne dno szybu. Stosując metodę analizy wymiarowej określono energię sprężystą w postaci funkcji wykładniczej, której argumentami są trzy bezwymiarowe liczby kryterialne. Wartość wykładnika potęgowego – z, charakteryzującego tą funkcję wyznaczono analizując wyniki obliczeń dla trzech modeli MES sztucznego dna szybu, różniących się między sobą cechami geometrycznymi. Wyznaczona zależność skali podobieństwa modelowego – kU od skal podobieństwa geometrycznego obiektu rzeczywistego i modelu umożliwi opracowanie kryteriów podobieństwa modelowego, charakteryzujących uderzenie spadającego ciała o sztuczne dno szybu.
EN
The method for determination of the model similarity range – kU of elastic energy absorbed by the artificial shaft bottom is presented. Using the dimensional analysis, the elastic energy was given in a form of exponential function with three dimensionless criteria numbers as the independent variables. The exponent – z, which characterizes the function, was determined basing on analysis of calculation results from three FEM models of shaft artificial bottom, which differed in geometric features. Determined correlation of the model similarity range - kU with geometric similarity ranges of the real object and model will enable to develop the criteria of model similarity, which can characterize the impact of falling object on the shaft artificial bottom.
15
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Experimental modeling of real phenomena is continuously used in practical research of technical problems, especially to verify numerical solutions. During the experiment, it is crucial to correctly set experiment’s conditions and to transfer model research results into a real phenomenon. In order to do that, physical phenomena similitude is used. Water supply network’s failure is a complex phenomenon. Due to the complexity of a phenomenon, it is very difficult to design its experimental model with assuring not only a geometric and kinematic similarity but also a dynamic one. In this paper we estimated terms of creation of a physical model simulating water supply network’s failures, basing on an analysis of a form of the phenomena equations and a dimensional analysis. Research was made by considering particular processes accompanying water supply network’s failure (a water flow in a pipe, an outflow through a pipe hole and a water flow in ground) individually and independently but also as an entire phenomenon. The obtained results are the effect of theoretical analyses, which need to be confirmed in the future by an empiric verification. Basing on pursued experiments, a laboratory stand to physical simulation of a water supply network’s failure can be designed.
PL
Fizyczne modelowanie zjawisk rzeczywistych jest nieustannie wykorzystywane w badaniach praktycznych problemów technicznych. Przy przeprowadzaniu eksperymentu bardzo ważnym zagadnieniem jest właściwy dobór warunków doświadczenia oraz sposób przeniesienia wyników badań uzyskanych dla modelu na zjawisko rzeczywiste. W tym celu wykorzystuje się teorię podobieństwa zjawisk fizycznych. Awaria sieci wodociągowej, polegająca na jej rozszczelnieniu, jest zjawiskiem złożonym. Powoduje to, że bardzo trudno jest zaprojektować model fizyczny awarii, tak by zachować nie tylko podobieństwo geometryczne i kinematyczne, ale również dynamiczne. W ramach niniejszej pracy podjęto próbę określenia warunków budowy modelu fizycznego symulującego awarie polegające na rozszczelnieniu sieci wodociągowej, w oparciu o analizę postaci równań opisujących zjawisko i analizę wymiarową. Badania przeprowadzono rozpatrując poszczególne procesy towarzyszące awarii (przepływ wody w rurze, wypływ przez otwór oraz przepływ w gruncie) oddzielnie, niezależnie od siebie oraz traktując zjawisko całościowo. Przedstawione w artykule wyniki obliczeń stanowią rezultat teoretycznych analiz, wymagających w przyszłości potwierdzenia przez empiryczną weryfikację. Dopiero wówczas będą mogły stanowić podstawę projektu stanowiska laboratoryjnego do fizycznej symulacji awarii sieci wodociągowej.
16
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The paper concerns dimensional analysis and the theory of model similarity of physical phenomena. At the beginning of the considerations, basic notions, definitions, relationships and fundamental principles of the issues to be analysed has been presented. Next, Buckingham's Π-theorem of dimensional analysis and theory of similarity as well as authorial generalized theorems Π of this field of interest have been derived. A separate chapter has been devoted to the problem of the nature of physical phenomena occurring in the mechanics of continuous or discrete material mediums. At the end of the paper, an example of the determination of similarity numbers in the case of a system with one degree of freedom at mechanical and kinematic excitation have been given.
PL
Praca dotyczy analizy wymiarowej i teorii podobieństwa modelowego zjawisk fizycznych. Na wstępie przedstawiono podstawowe pojęcia, definicje, związki i fundamentalne zasady dotyczące rozpatrywanych problemów. Następnie wyprowadzono twierdzenie Π Buckinghama dotyczące analizy wymiarowej i teorii podobieństwa oraz autorskie uogólnienie twierdzenia Π. Oddzielny rozdział został poświęcony problemowi zjawisk fizycznych występujących w mechanice ośrodków ciągłych i dyskretnych. W części końcowej artykułu przedstawiono przykład określenia liczb podobieństwa w przypadku układu o jednym stopniu swobody przy wzbudzeniu mechanicznym i kinematycznym.
W opracowaniu przedstawiono propozycję opisu, dotychczas w małym stopniu rozeznanych, zjawisk tribologicznych występujących przy współpracy elastomerowego pierścienia uszczelniającego z warstwą wierzchnią wału. Zastosowano metodę analizy wymiarowej, wyróżniając cztery kryteria podobieństwa modelowego, od których zależy moment oporów ruchu występujący w rozpatrywanym węźle tribologicznym. Zaproponowano sposób wykorzystania wyników standardowo przeprowadzanych badań techniczno-wdrożeniowych pierścieni uszczelniających do wyznaczania wykładników potęgowych występujących w uzyskanym równaniu kryterialnym. Przedstawiono wstępne rezultaty identyfikacji parametrów charakteryzujących zależność momentu tarcia od cech konstrukcyjno-materiałowych pary tribologicznej.
EN
This article presents a proposal for a description of tribological phenomena occurring during the cooperation of a rotary seal on the surface of a shaft, which has not been well recognized. The method of dimensional analysis was used, highlighting the four criteria of model similarity. The moment of resistance movement occurring in the considered tribological node is dependent on these criteria. By using the results of tests of technical standard implementation of rotary seal, a method of determining the exponents occurring as the result of the criteria equation are presented. The preliminary results of the identification of parameters characterizing the dependence between the friction torque and characteristics of material construction tribological pairs are also presented.
Geotechnical centrifuge modelling has been a world-wide used technology in physical tests. In this papers a derivation of scaling laws by dimensional analysis for the centrifugal modelling is presented. Basic principles of centrifuge modelling are described. Scaling laws for slow events like consolidation and fast events like dynamic loads are shown. The differences in scale factors for both processes are noticed. The aim of this paper is to introduce geotechnical centrifuge technology to a wider Polish audience.
The following article defines elements of dimensional space which enable identification of the quality of energetic machines operation .Properties of dimensional space, as well as, ways of function creation, have also been presented. Additionally properties of dimensional functions describing operation of naval energetic machines have been introduced in this article. Describes how to check the independence of the dimensional size of describing the operation of energetic machines. Since dimensional analysis gives no method for enabling a statement that choose size as dimensionally independent. Requested attention to the fact that the size of the derivatives may also be dimensionally independent if its dimensions cannot be expressed by means of optional dimensions combination of the remaining quantities. Dimensionless system size of any size dimension is not dimensionally independent. Emphasized that, dimensional analysis allows only the determination of the dimensionless size of the performance of energetic machines without bringing any information about the form of numerical functions. It requires measurements of the performance of the machine in order to obtain accurate numerical function of its actions on the basis of its functions dimensional. Features action figures of energetic machines obtained by the dimensional analysis is true only to the same machine construction.
PL
Poniższy artykuł definiuje elementy przestrzeni trójwymiarowej, które umożliwiają identyfikację jakości energetycznej eksploatacji maszyn. Przedstawione zostały właściwości przestrzeni wymiarowej, jak również sposoby tworzenia funkcji. Dodatkowo opisano własności funkcji wymiarów opisujących działanie morskich maszyn energetycznych. Przedstawiono jak sprawdzić niezależność wielkości wymiarowych opisujących działanie maszyn energetycznych. Ponieważ analiza wymiarowa nie daje wyniku umożliwiającego stwierdzenie, że wybór rozmiaru określono wymiarowo niezależnie. Z uwagi na fakt, że rozmiary pochodnej mogą być wymiarowo niezależne jeśli jej wymiary nie mogą być wyrażone za pomocą opcjonalnych wymiarów kombinacji pozostałych danych. Bezwymiarowa wielkość systemu dowolnego wymiaru wielkości nie jest wymiarowo niezależna. Podkreślić należy, że analiza wymiarowa pozwala tylko na określenie bezwymiarowej wielkości wydajności maszyn energetycznych, nie przynosząc żadnych informacji o postaci funkcji liczbowych. Wymaga to pomiarów wydajności maszyny, w celu uzyskania dokładnej funkcji numerycznej swoich działań w oparciu o jego funkcję wymiarów. Działanie elementów maszyn energetycznych uzyskanych przez analizę wymiarów odnosi się tylko do maszyny takiej o samej konstrukcji.
The following article introduces determination method of rotodynamic pumps operation. The pumps have been installed in installations, basing on their work parameters, by means of dimensional analysis. Operation of rotodynamic pumps, as energetic devices, according to J. Girtler, has been treated as a new physical quantity of dimension, Joul multiplied by second [J∙s]. It expresses transformation of energy supplied to liquid, being forced through by the pump. This quantity can be determined, on the basis of algebraic diagram of dimensional analysis, constructed by S. Drobot. This diagram allowed us to control correctness of inference rules, in relation to mathematical aspect, used in numerical functions of rotodynamic pumps operation, fitted in instalations.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.