RU2429165C1 - Device for cargo soft parachute landing on landing ground - Google Patents

Device for cargo soft parachute landing on landing ground Download PDF

Info

Publication number
RU2429165C1
RU2429165C1 RU2010118411/11A RU2010118411A RU2429165C1 RU 2429165 C1 RU2429165 C1 RU 2429165C1 RU 2010118411/11 A RU2010118411/11 A RU 2010118411/11A RU 2010118411 A RU2010118411 A RU 2010118411A RU 2429165 C1 RU2429165 C1 RU 2429165C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
parachute
landing
halyard
load
cargo
Prior art date
Application number
RU2010118411/11A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Васильевич Белошицкий (RU)
Александр Васильевич Белошицкий
Сергей Викторович Журин (RU)
Сергей Викторович Журин
Тамара Николаевна Швед (RU)
Тамара Николаевна Швед
Наталья Николаевна Цветкова (RU)
Наталья Николаевна Цветкова
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" filed Critical Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева"
Priority to RU2010118411/11A priority Critical patent/RU2429165C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2429165C1 publication Critical patent/RU2429165C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Vibration Dampers (AREA)

Abstract

FIELD: transport.
SUBSTANCE: proposed device comprises parachute, halyard fastening parachute to cargo, halyard automatic lock, altitude pickup, control unit, cable circuit to interconnect control unit and halyard automatic lock. Parallel with halyard automatic lock, linear elastic element is secured.
EFFECT: ruling out negative effects on cargo and landing surface.
3 dwg

Description

Изобретение относится к областям техники, где для спуска объектов в атмосфере используются парашюты. Оно может быть использовано для безударного приземления возвращаемых космических аппаратов или десантируемых грузов.The invention relates to the fields of technology where parachutes are used to lower objects in the atmosphere. It can be used for shock-free landing of returned spacecraft or landing cargo.

Неотъемлемым свойством парашютной посадки является наличие вертикальной скорости снижения. Уменьшение величины этой скорости сопряжено с увеличением размера парашюта, объема и массы парашютной системы. Для снижения вертикальной скорости до допустимых значений применяют парашютную систему приемлемой массы и объема, а перед касанием посадочной поверхности вводят в действие специальное тормозное устройство. Известно два основных способа торможения груза, спускаемого на парашюте, перед касанием посадочной поверхности: 1) при помощи амортизаторов [1], например, по заявке РФ №92015245 МПК В64С 25/28, 2) при помощи реактивных тормозителей [1, 2], например, патент РФ №2272757.An integral property of a parachute landing is the presence of a vertical descent rate. A decrease in the magnitude of this speed is associated with an increase in the size of the parachute, the volume and mass of the parachute system. To reduce the vertical speed to acceptable values, a parachute system of acceptable mass and volume is used, and before touching the landing surface, a special braking device is activated. There are two main methods of braking the cargo, launched by parachute, before touching the landing surface: 1) using shock absorbers [1], for example, according to the application of the Russian Federation No. 92015245 IPC V64C 25/28, 2) using reactive brakes [1, 2], for example, RF patent No. 2272757.

Известны различные конструкции амортизаторов, наиболее простыми являются войлочные или другие прокладки, помещаемые между грузом и посадочной платформой. К более сложным относятся разламываемые клети, сотовые конструкции, рессоры, гидравлические тормоза, пневматические устройства в виде мешков, наполненных воздухом и др. Описанные устройства увеличивают высоту центра масс груза над нижней поверхностью амортизатора [1], поскольку для обеспечения заданной перегрузки необходим определенный путь торможения. При этом создается большой опрокидывающий момент при горизонтальном перемещении груза относительно грунта со скоростью ветра, что является главным недостатком описанных амортизаторов.Various designs of shock absorbers are known, the simplest are felt or other gaskets placed between the cargo and the landing platform. Breakable stands, honeycomb structures, springs, hydraulic brakes, pneumatic devices in the form of bags filled with air, etc. are more complex. The described devices increase the height of the center of mass of the load above the lower surface of the shock absorber [1], since a certain braking distance is required to ensure a given overload . This creates a large tipping moment with the horizontal movement of the cargo relative to the ground with the wind speed, which is the main disadvantage of the described shock absorbers.

Основной частью реактивного тормозителя является двигатель, в котором происходит сгорание топлива, и из сопла которого истекают продукты сгорания с большой скоростью. Струя истекающих газов создает реактивную силу, которая и используется в качестве силы торможения снижающегося на парашюте груза. Существенное отличие реактивного тормозителя от различных амортизаторов заключается в том, что груз можно тормозить на большом пути торможения, тогда как амортизаторы с большим путем торможения неприменимы, так как при этом расстояние от центра масс груза до нижней поверхности амортизатора в момент касания посадочной поверхности велико и груз опрокидывается, особенно при наличии ветра.The main part of the jet brake is the engine, in which the combustion of fuel occurs, and from the nozzle of which the combustion products flow out at high speed. The jet of exhaust gases creates a reactive force, which is used as the braking force of the cargo dropping by parachute. A significant difference between the reactive brake and various shock absorbers is that the load can be braked over a long braking distance, while shock absorbers with a large braking path are not applicable, since the distance from the center of mass of the load to the lower surface of the shock absorber at the moment of touching the landing surface is large and the load tipping over, especially in the presence of wind.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является система мягкой посадки с реактивным тормозителем, например, по заявке РФ №94019768, МПК В64В 1/06. Общим с заявляемым устройством является:The closest technical solution, selected as a prototype, is a soft landing system with a jet brake, for example, according to the application of the Russian Federation No. 94019768, IPC VV 1/06. Common with the claimed device is:

- введение в действие реактивного тормозителя по результатам измерения высоты до посадочной поверхности.- the introduction of a reactive brake according to the results of measuring the height to the landing surface.

Основными недостатками систем мягкой посадки на реактивных тормозителях являются:The main disadvantages of soft landing systems on jet brakes are:

- наличие в системе посадки запасов взрывоопасного ракетного топлива;- the presence in the landing system of stockpiles of explosive rocket fuel;

- сложность двигательных установок и необходимость их дублирования;- the complexity of propulsion systems and the need for duplication;

- возможное разрушающее воздействие струй двигателей на посадочную поверхность с негативными последствиями как для окружающего пространства, так и для груза;- the possible destructive effect of engine jets on the landing surface with negative consequences for both the surrounding space and the cargo;

- сильное виброакустическое воздейстивие на груз.- strong vibroacoustic impact on the load.

Предложенное устройство мягкой парашютной посадки позволяет исключить негативные воздействия на посадочную поверхность и спускаемый груз, повысить безопасность, уменьшить вес и упростить систему посадки по сравнению с прототипом.The proposed device soft parachute landing allows you to eliminate the negative effects on the landing surface and the laden load, increase safety, reduce weight and simplify the landing system compared to the prototype.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве, содержащем парашют, фал, соединяющий груз с парашютом, датчик высоты, блок управления, кабельную сеть, автоматический замок фала, соединяющего парашют и груз, параллельно автоматическому замку фала закрепляется линейный упругий элемент с известными динамическими свойствами и при достижении расчетной высоты над посадочной поверхностью, зависящей от скорости движения системы груз-парашют и характеристик упругого элемента, производится разрыв фала, соединяющего груз с парашютом на участке между точками закрепления упругого элемента к фалу, за счет срабатывания автоматического замка фала, при этом груз под действием силы тяжести ускоряется и осуществляется накопление потенциальной энергии в удлиняющемся линейном упругом элементе, затем накопленная в упругом элементе энергия расходуется на торможение груза за счет ускоренного движения парашюта на фазе сжатия упругого элемента, обеспечивая вертикальную скорость груза в момент касания посадочной поверхности близкую к нулю.The problem is solved due to the fact that in the device containing the parachute, the halyard connecting the load with the parachute, the height sensor, control unit, cable network, automatic lock of the halyard connecting the parachute and the load, a linear elastic element with known dynamic properties and when the estimated height above the landing surface, which depends on the speed of the cargo parachute system and the characteristics of the elastic element, is reached, the halyard connecting the cargo with the parachute is broken in the area between the points of attachment of the elastic element to the halyard, due to the automatic locking of the halyard, the load is accelerated by gravity and potential energy is accumulated in the elongating linear elastic element, then the energy stored in the elastic element is used to slow down the load due to accelerated movement parachute in the compression phase of the elastic element, providing a vertical load speed at the moment of touching the landing surface close to zero.

Новизна предлагаемого технического решения заключается в использовании интегрированного в парашютный подвес линейного упругого элемента в качестве аккумулятора механической энергии, которая затем используется для гашения вертикальной скорости груза.The novelty of the proposed technical solution lies in the use of a linear elastic element integrated into the parachute suspension as a mechanical energy accumulator, which is then used to damp the vertical speed of the load.

В практике не известны случаи использования линейного упругого элемента для обеспечения мягкой парашютной посадки.In practice, cases of using a linear elastic element to provide a soft parachute landing are not known.

На фиг.1 показана схема устройства с основными функциональными элементами:Figure 1 shows a diagram of a device with the main functional elements:

1 - парашют;1 - parachute;

2 - линейный упругий элемент;2 - linear elastic element;

3 - груз;3 - cargo;

4 - фал;4 - halyard;

5 - автоматический замок фала;5 - automatic lock halyard;

6 - кабельная сеть;6 - cable network;

7 - блок управления;7 - control unit;

8 - датчик высоты.8 - height sensor.

Груз (3) соединен с парашютом (1) с помощью фала (4). В составе груза (3) или фала (4) находятся датчик высоты (8) и блок управления (7). Параллельно с фалом (4) закреплен линейный упругий элемент (2). На фале (4), между точками крепления линейного упругого элемента (2), находится автоматический замок фала (5). Электрическая связь между блоком управления (7), датчиком высоты (8) и автоматическим замком фала осуществляется при помощи кабельной сети (6).The load (3) is connected to the parachute (1) using a halyard (4). The cargo (3) or halyard (4) contains a height sensor (8) and a control unit (7). In parallel with the halyard (4), a linear elastic element (2) is fixed. On the halyard (4), between the attachment points of the linear elastic element (2), there is an automatic hitch lock (5). The electrical connection between the control unit (7), the height sensor (8) and the automatic hitch lock is carried out using a cable network (6).

Устройство функционирует следующим образом. Изначально груз (3) движется на парашюте (1) с постоянной вертикальной скоростью. Автоматический замок фала (5) закрыт. Линейный упругий элемент (2) не нагружен. Данные о жесткости линейного упругого элемента (2), массе спускаемого груза (3) и аэродинамических характеристиках парашюта (1) занесены в блок управления (7). Во время полета датчик высоты (8) постоянно определяет высоту груза (3) над посадочной поверхностью. По кабельной сети (6) эти данные поступают в блок управления (7), который рассчитывает возможные траектории движения системы груз (3) - упругий элемент (2) - парашют (1). По достижении высоты, при которой по расчетам траектории блоком управления (7) реализуется нулевая вертикальная скорость касания посадочной поверхности, блок управления (7) по кабельной сети (6) подает команду на раскрытие автоматического замка фала (5). Жесткая связь между грузом (3) и парашютом (1) нарушается. Под действием силы тяжести груз (3) начинает двигаться вниз ускоренно. Парашют (1) при этом тормозится за счет нескомпенсированной аэродинамической силы. Линейный упругий элемент (2) нагружается, запасая потенциальную механическую энергию. Через некоторое время сила упругости линейного упругого элемента (2) возрастает до такой величины, что начинает тормозить груз (3) и ускорять парашют (1). Вертикальная скорость груза (3) падает до нуля. В этот момент происходит касание грузом (3) посадочной поверхности.The device operates as follows. Initially, the load (3) moves by parachute (1) with a constant vertical speed. Automatic halyard lock (5) is closed. Linear elastic element (2) is not loaded. Data on the rigidity of the linear elastic element (2), the weight of the laden load (3) and the aerodynamic characteristics of the parachute (1) are entered in the control unit (7). During the flight, the height sensor (8) constantly detects the height of the load (3) above the landing surface. On the cable network (6), these data are sent to the control unit (7), which calculates the possible trajectories of the movement of the system load (3) - elastic element (2) - parachute (1). Upon reaching a height at which, according to the trajectory calculations, the control unit (7) realizes zero vertical speed of touching the landing surface, the control unit (7) sends a command to open the automatic file lock (5) via the cable network (6). The tight connection between the load (3) and the parachute (1) is broken. Under the action of gravity, the load (3) begins to move down accelerated. The parachute (1) is then braked due to uncompensated aerodynamic force. Linear elastic element (2) is loaded, storing potential mechanical energy. After some time, the elastic force of the linear elastic element (2) increases to such a value that it starts to slow down the load (3) and accelerate the parachute (1). The vertical speed of the load (3) drops to zero. At this moment, the load (3) touches the seating surface.

На фиг.2 показана принципиальная схема работы системы посадки. Снизу схематически показана посадочная поверхность, слева ось с высотой Н - расстоянием между нижней точкой груза (3) и посадочной поверхностью. Изображено четыре стадии процесса посадки.Figure 2 shows a schematic diagram of the operation of the landing system. The landing surface is schematically shown below, the axis with the height H on the left is the distance between the lower point of the load (3) and the landing surface. The four stages of the planting process are depicted.

А - первая стадия, характеризующаяся установившимся движением системы груз - парашют с устройством мягкой парашютной посадки и достижением высоты, на которой раскрывается автоматический замок фала (5);A - the first stage, characterized by the steady movement of the cargo - parachute system with a soft parachute landing device and reaching the height at which the automatic halyard lock opens (5);

В - вторая стадия, на которой происходит ускоренное движение вниз груза (3) и накопление потенциальной энергии в линейном упругом элементе (2);B - the second stage, in which there is an accelerated downward movement of the load (3) and the accumulation of potential energy in the linear elastic element (2);

С - третья стадия. Осуществляется сжатие линейного упругого элемента (2) и торможение груза (3);C is the third stage. The linear elastic element (2) is compressed and the load is braked (3);

D - четвертая, завершающая стадия мягкой парашютной посадки с вертикальной скоростью, близкой к нулю.D - the fourth, final stage of soft parachute landing with a vertical speed close to zero.

На фиг.3 показан график зависимости высоты груза (3) над посадочной поверхностью от времени. Момент времени 0 соответствует моменту раскрытия автоматического замка фала (5). На 11 секунде траектория имеет полку и перегиб, т.е. нулевые первую и вторую производные (нулевую вертикальною скорость груза (3)).Figure 3 shows a graph of the dependence of the height of the load (3) above the landing surface on time. The moment of time 0 corresponds to the moment of opening the automatic file lock (5). At 11 seconds, the trajectory has a shelf and an inflection, i.e. zero first and second derivatives (zero vertical speed of the load (3)).

Предлагаемое изобретение может быть реализовано, например, следующим образом.The present invention can be implemented, for example, as follows.

Изначально груз (3) массой М=8000 кг движется на жесткой сцепке через фал (4) с парашютом (1), коэффициент аэродинамического сопротивления которого С=545 кг/м в атмосфере Земли. Скорость системы при этом постоянна V=12 м/с. Один конец крепления фала (4) закреплен через автоматический замок фала (5). Параллельно с автоматическим замком фала (5) закреплен линейный упругий элемент (2) с жескостью k=1500 Н/м. Он может быть выполнен из резины с модулем упругости Е=5 МПа. На установившемся режиме после ввода парашюта (1) система груз (3) - фал (4) с линейным упругим элементом (2) - парашют (1) движется на жесткой сцепке с постоянной скоростью, т.к. сила тяжести груза компенсируется силой аэродинамического торможения парашюта. При этом линейный упругий элемент (2) не нагружен. Осуществляется непрерывное измерение расстояния (высоты Н) от груза (3) до посадочной поверхности датчиком высоты (8) и передача информации по кабельной сети (6) в блок управления (7). Блок управления (7), используя данные по характеристикам системы груз (3) - линейный упругий элемент (2) - парашют (1) и замерам высоты, определяет момент раскрытия автоматического замка фала (5). В рассматриваемом примере при достижении высоты 185 м до посадочной поверхности блок управления (7) выдает команду по кабельной сети (6) на раскрытие автоматического замка фала. Сила тяжести, действующая на груз (3), вызывает его ускоренное движение к посадочной поверхности, в то время как аэродинамическая сила, действующая на парашют (1), тормозит последний. Происходит растяжение линейного упругого элемента (2) и накопление в нем потенциальной энергии. При определенном растяжении линейного упругого элемента (2) сила упругости на нем превышает вес груза (3) и происходит торможение груза (3) и ускорение парашюта (1). График с зависимостью высоты по времени приведен на фиг.3. Как видно из графика на фиг.3, в момент касания грузом (3) посадочной поверхности высота груза (3) и ее первая производная по времени близки к нулю. В результате груз (3) достигает посадочной поверхности со скоростью, близкой к нулю.Initially, a load (3) of mass M = 8000 kg moves on a rigid hitch through a halyard (4) with a parachute (1), the aerodynamic drag coefficient of which is C = 545 kg / m in the Earth’s atmosphere. The speed of the system is constant V = 12 m / s. One end of the halyard mount (4) is secured through the automatic hitch lock (5). In parallel with the automatic hitch lock (5), a linear elastic element (2) with a hardness of k = 1500 N / m is fixed. It can be made of rubber with an elastic modulus of E = 5 MPa. In the steady state, after the parachute (1) is inserted, the load system (3) - the halyard (4) with a linear elastic element (2) - the parachute (1) moves on a rigid hitch at a constant speed, because the gravity of the load is compensated by the aerodynamic drag of the parachute. In this case, the linear elastic element (2) is not loaded. The distance (height H) from the load (3) to the landing surface is continuously measured by the height sensor (8) and information is transmitted via the cable network (6) to the control unit (7). The control unit (7), using data on the characteristics of the load (3) - linear elastic element (2) - parachute (1) and height measurements, determines the moment of opening the automatic file lock (5). In the considered example, when reaching a height of 185 m to the landing surface, the control unit (7) issues a command via cable network (6) to open the automatic file lock. The force of gravity acting on the load (3) causes its accelerated movement to the landing surface, while the aerodynamic force acting on the parachute (1) slows down the latter. The linear elastic element (2) is stretched and potential energy is accumulated in it. With a certain stretching of the linear elastic element (2), the elastic force on it exceeds the weight of the load (3) and the load is braked (3) and the parachute is accelerated (1). A graph with the dependence of the height over time is shown in Fig.3. As can be seen from the graph in Fig. 3, at the moment the cargo (3) touches the landing surface, the cargo height (3) and its first time derivative are close to zero. As a result, the load (3) reaches the landing surface at a speed close to zero.

Данное изобретение позволяет:This invention allows:

- уменьшить требования по безопасности при изготовлении и эксплуатации за счет исключения в системе взрывоопасных веществ;- reduce safety requirements in the manufacture and operation due to the exclusion of explosive substances in the system;

- уменьшить вес устройства мягкой посадки по сравнению с системами на основе реактивных двигателей;- reduce the weight of the soft landing device compared to systems based on jet engines;

- минимизировать негативные воздействия на внешнюю среду и посадочную поверхность;- minimize the negative impact on the external environment and the landing surface;

- устройство допускает многократное использование.- the device is reusable.

ЛитератураLiterature

1. Лобанов Н.А. Основы расчета и конструирования парашютов. - М.: Машиностроение, 1965. - 364 с.1. Lobanov N.A. Fundamentals of calculation and design of parachutes. - M.: Mechanical Engineering, 1965 .-- 364 p.

2. Герасименко И.А., Комов И.А. Воздушно-десантная подготовка. Часть 3. Парашютно-реактивные системы и их применение. - М: МО СССР. Военное издательство, 1989. - 224 с.2. Gerasimenko I.A., Komov I.A. Airborne training. Part 3. Parachute-reactive systems and their application. - M: Ministry of Defense of the USSR. Military Publishing House, 1989 .-- 224 p.

Claims (1)

Устройство для мягкой парашютной посадки груза на посадочную поверхность, содержащее парашют, фал, соединяющий груз с парашютом, автоматический замок фала, кабельную сеть, соединяющую датчик высоты, блок управления и автоматический замок фала, отличающееся тем, что на участке фала с автоматическим замком параллельно автоматическому замку фала жестко закреплен линейный упругий элемент с заданными характеристиками. A device for soft parachute landing of cargo on a landing surface containing a parachute, a halyard connecting the load with a parachute, an automatic halyard lock, a cable network connecting an altitude sensor, a control unit and an automatic halyard lock, characterized in that in the halyard section with an automatic lock, it is parallel to the automatic the halyard lock is rigidly fixed to a linear elastic element with predetermined characteristics.
RU2010118411/11A 2010-05-06 2010-05-06 Device for cargo soft parachute landing on landing ground RU2429165C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010118411/11A RU2429165C1 (en) 2010-05-06 2010-05-06 Device for cargo soft parachute landing on landing ground

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010118411/11A RU2429165C1 (en) 2010-05-06 2010-05-06 Device for cargo soft parachute landing on landing ground

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2429165C1 true RU2429165C1 (en) 2011-09-20

Family

ID=44758673

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010118411/11A RU2429165C1 (en) 2010-05-06 2010-05-06 Device for cargo soft parachute landing on landing ground

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2429165C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2600028C2 (en) * 2014-09-02 2016-10-20 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Device for parachute landing of load on landing surface

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2600028C2 (en) * 2014-09-02 2016-10-20 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" Device for parachute landing of load on landing surface

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104483088A (en) Wind tunnel multi-body separation free light test method of simulating residual engine thrust
CN103631266A (en) Five-degree-of-freedom full-aircraft drop test aircraft posture follow-up control device
RU2429165C1 (en) Device for cargo soft parachute landing on landing ground
Sengupta et al. Supersonic performance of disk-gap-band parachutes constrained to a 0-degree trim angle
RU2429991C1 (en) Device for cargo soft paradropping on landing surface
Meacham et al. Rocket sled propelled testing of a supersonic inflatable aerodynamic decelerator
US6811114B2 (en) Apparatus for launching heavy large payloads from an aircraft
CN108811524B (en) The system of satellite separation test under stimulated microgravity
CN104554745A (en) Sounding rocket carried article protecting device
RU186021U1 (en) Aircraft Rescue Device
Sengupta et al. Supersonic disk gap band parachute performance in the wake of a Viking-type entry vehicle from Mach 2 to 2.5
RU2600028C2 (en) Device for parachute landing of load on landing surface
Wachlin et al. Simulation of the landing dynamics of a guided airdrop system
Bhatnagar et al. Study on optimization problem of propellant mass distribution under restrictive condition in multistage rocket
CN104458193A (en) Wind tunnel multi-body separation free flight test device for stimulating engine residual thrust
Zagidulin et al. Aircraft landing gear with electromagnetic damper
CN116266238B (en) Supersonic near-ground parallel interstage separation method with preset rudder deflection characteristics
Vergnolle Soft landing impact attenuation techologies review
CN114701664B (en) Deformable and recyclable pushing type arrow machine assembly aerial launching system
US8511618B2 (en) Pressure-based separation apparatuses
RU2727534C1 (en) Parachute platform
Alekseenkov et al. Adaptive air ejection device for catapulting cargo of the “guided air missile” type
Adams Mortar deployment extensibility for the Low Density Supersonic Decelerator parachute
Vivek IAD design for Spent Stage Recovery
Raiszadeh et al. Mars exploration rover terminal descent mission modeling and simulation