Тесты в аэродинамической трубе заменяют компьютерным моделированием

Тест с ответами по теме: «Аэродинамика»

1. Понятию аэродинамика соответствует это понятие: а) наука о движении летательных аппаратов б) наука о движении воздуха и механическом взаимодействии между воздушным потоком и обтекаемыми телами +

в) наука о обтекаемости тел

2. Атмосферным давлением называют давление, вызываемое: а) массой вышележащих слоёв воздуха и ударами хаотически движущихся молекул + б) ударами хаотически движущихся молекул

в) массой вышележащих слоёв воздуха

3. В каких единицах измеряется давление в системе СИ: а) Па/м кв б) Кг/м кв

в) Н/м кв +

4. Природа вязкости жидкости и воздуха равная. Если температура растёт, то: а) вязкость воздуха увеличивается + б) вязкость воздуха уменьшается

в) вязкость жидкости увеличивается

5. Плотность в системе СИ измеряется в: а) кг/м куб. + б) кг/м кв

в) кг/с кв

Обратите внимание

6. Определение вязкости, которое считается правильным: а) свойство воздуха (жидкости) двигаться в противоположном направлении б) это свойство воздуха (жидкости) сопротивляться взаимному сдвигу своих частиц +

в) свойство воздуха (жидкости) проникать в соседние слои

7. Свойство сжимаемости воздуха в состоянии покоя: а) проявляется + б) не проявляется

в) проявляется иногда

8. Скорость звука характеризует сжимаемость среды. Чем больше эта скорость, тем: а) более сжимаема среда б) скорость звука не зависит от сжимаемости среды

в) менее сжимаема среда +

9. Уравнение состояния идеального газа связывает между собой: а) плотность, давление и температуру + б) плотность и температуру

в) давление и плотность

10. Какой закон лежит в основе уравнения Бернулли: а) закон всемирного тяготения б) закон сохранения энергии +

в) закон постоянства расхода воздуха

11. Какой пограничный слой соответствует большему сопротивлению трения: а) турбулентный + б) ламинарный

в) оба ответа не верны

12. В каком слое создаётся сопротивление трения: а) в основном потоке б) в пограничном слое +

в) оба ответа не верны

13. Аэродинамика — это раздел: а) гидроаэромеханики + б) химии

в) сопромата

14. Пропорциональность между аэродинамическим сопротивлением и плотностью воздуха установил: а) Ньютон б) Да Винчи

в) Галилей +

Важно

15. В каком году Галилей установил пропорциональность между аэродинамическим сопротивлением и плотностью воздуха: а) 1600 + б) 1650

в) 1700

16. Какой учёный установил пропорциональность аэродинамического сопротивления квадрату скорости движения тела: а) Галилей б) Мариот +

в) Ньютон

17. В каком году он это сделал: а) 1690 б) 1773

в) 1673 +

18. Чья работа по определению силы, действующей на тела различной формы со стороны набегающего потока, имела влияния на развитие аэродинамики: а) Галилея б) Ньютона +

в) Да Винчи

19. Смесь газов состоит из молекул ряда химических элементов, среди которых — азот (78%), называется: а) атмосфера б) кислород

в) воздух +

20. В большинстве случаев учет вязкости газа проводится в рамках модели: а) Мариота б) Ньютона +

в) Галилея

21. Является ли газ идеальной несжимаемой моделью среды: а) да + б) нет

в) иногда

22. Какая модель среды очень широко используется в акустике: а) вязкий сжимаемый газ б) идеальная сжимаемая жидкость (газ) +

в) вязкий несжимаемой газ

23. Простейшая модель, которая используется в аэродинамике: а) вязкий сжимаемый газ б) идеальная сжимаемая жидкость (газ)

в) вязкий несжимаемой газ +

24. Согласно представления вектора скорости течения могут иметь свойства: а) потенциальности б) вихоровости в) соленоидальности

г) все варианты верны +

Совет

25. Как называются линии, определяющие направление ветра или жидкости в поле скоростей: а) линии течения + б) линии передачи

в) линии сопротивления

26. Что из себя представляет линия течения: а) прямая, проведенная в середине потока б) кривая, проведенная в середине потока +

в) нет верного ответа

27. Установка , в которой изучается действие искусственно созданного равномерного воздушного потока на модели летательных аппаратов и других тел называется: а) Аэродинамическая труба + б) Аэродинамический куб

в) Аэродинамический тоннель

28. Что изучают в атмосферной аэродинамике: а) процессы диффузии вязких частиц б) процессы диффузии твердых частиц (например, дыма, смога, пыли) в атмосфере и аэродинамические силы, действующие на здания и другие сооружения +

в) оба варианта верны

29. В нижних слоях атмосферы температура воздуха: а) снижается при увеличении высоты + б) увеличивается при увеличении высоты

в) не изменяется

30. Аэродинамика описывается фундаментальными физическими законами механики сплошных сред. Эти законы называются: а) законами механики б) законами сохранения +

в) нет верного ответа

Источник: http://liketest.ru/fizika/test-s-otvetami-po-teme-aerodinamika.html

Виртуальная аэродинамическая труба FlowVision — Cardesign.ru — Главный ресурс о транспортном дизайне. Дизайн авто. Портфолио. Фотогалерея. Проекты. Дизайнерский форум

14.10.2009

Узнав о существовании мощной российской программы для расчета аэродинамики автомобиля (и не только автомобиля, и не только аэродинамики), мы попросили разработчиков рассказать о возможностях FlowVision, и основных принципах ее работы. Кстати, компания ТЕСИС предлагает дизайнерам бесплатно «продуть» их творения, подробности на нашем форуме .

Программный комплекс вычислительной аэро- и гидродинамики FlowVision предназначен для проведения виртуальных аэродинамических продувок различных технических или природных объектов.

В качестве объектов могут выступать транспортные изделия, объекты энергетики, военно-промышленные изделия и прочие.

FlowVision позволяет моделировать обтекание при различных скоростях набегающего потока и при различной степени его возмущенности (степени турбулентности).

Процесс моделирования осуществляется строго в трехмерной пространственной постановке задачи и происходит по принципу «как есть», что подразумевает возможность исследования полноценной геометрической модели объекта пользователя без каких-либо упрощений.

Обратите внимание

Созданная система обработки импортируемой трехмерной геометрии позволяет безболезненно работать с моделями любой степени сложности, где пользователь, фактически, сам выбирает степень детализации своего объекта — хочет ли он продувать упрощенную сглаженную модель внешних обводов или же полноценную модель с наличием всех конструктивных элементов, вплоть до головок болтов на дисках колес и логотипа производителя в виде фигурки на носу автомобиля.

Распределение скорости в окрестности корпуса гоночного автомобиля.

Учтены все детали – спицы колес, влияние несимметричности спиц руля на картину обтекания.

FlowVision создан российской командой разработчиков (компания ТЕСИС, Россия) более 10 лет назад и базируется на разработках отечественной фундаментальной и математической школы.

Система создана в расчете на то, что с ней будут работать пользователи самой разной квалификации – студенты, преподаватели, конструктора и ученые.

Можно одинаково эффективно решать как простые, так и сложные задачи.

Продукт применяется в различных отраслях промышленности, науки и образования – авиация, космонавтика, энергетика, судостроение, автомобилестроение, экология, машиностроение, переработка и химическая промышленность, медицина, атомная промышленность и оборонный сектор и имеет самую большую инсталляционную базу в России.

В 2001 году, решением Главного Совета Министерства Российской Федерации, FlowVision был рекомендован для включения в программу преподавания механики жидкости и газа в ВУЗах России.

В настоящее время FlowVision используется как составляющая часть учебного процесса ведущих ВУЗов России – МФТИ, МЭИ, СПбГТУ, Владимирский университет, ННГУ и другие.

В 2005 году FlowVision прошел испытания и получил сертификат соответствия Госстандарта Российской Федерации.

Основные возможности

В основе FlowVision лежит принцип закона сохранения массы – количество вещества, поступающее в заполненный замкнутый расчетный объем, равно количеству вещества из него убывающего (см. Рис.1).

Рис. 1 Принцип закона сохранения массы

Решение для такой задачи происходит с помощью нахождения среднего значения величины в заданном объеме на основе данных на границах (теорема Остроградского-Гаусса).

Рис. 2 Интегрирование по объему на основе граничных значений

Для получения более точного решения исходный расчетный объем разбивается на более малые объемы.

Рис. 3 Сгущение расчетной сетки

Процедура разбиение исходного объема на более мелкие объемы называется ПОСТРОЕНИЕМ РАСЧЕТНОЙ СЕТКИ , а массив получившихся объемов – РАСЧЕТНОЙ СЕТКОЙ .

Каждый получившийся в процессе построения расчетной сетки объем называется РАСЧЕТНОЙ ЯЧЕЙКОЙ , в каждой из которых так же соблюдается баланс пришедшей и ушедшей массы.

Замкнутый объем, в котором происходит построение расчетной сетки, называется РАСЧЕТНОЙ ОБЛАСТЬЮ .

Архитектура

Идеология FlowVision построена на базе распределенной архитектуры, где программный блок, выполняющий арифметические вычисления, может находиться на любом компьютере в составе сети – на высокопроизводительном кластере или ноутбуке.

Архитектура программного комплекса является модульной, что позволяет безболезненно вносить в него улучшения и новые функциональные возможности.

Основными модулями являются ПреПостПроцессор и блок решателя, а также несколько вспомогательных блоков, выполняющих различные операции, предназначенные для мониторинга и настройки.

Важно

Распределение давления по корпусу спортивного автомобиля

В функциональное назначение Препроцессора входит импортирование геометрии расчетной области из систем геометрического моделирования, задание модели среды, расстановка начальных и граничных условий, редактирование или импорт расчетной сетки и задание критериев сходимости, после чего управление передается Решателю, который начинает процесс построения расчетной сетки и осуществляет расчет по заданным параметрам. В процессе счета пользователь имеет возможность вести инструментами Постпроцессора визуальный и количественный мониторинг расчета и оценивать процесс развития решения. При достижении требуемого значения критерия сходимости процесс счета может быть остановлен, после чего результат становится полностью доступен для пользователя, который с помощью инструментов Постпроцессора может осуществить обработку данных — визуализация результатов и количественная оценка с последующим сохранением во внешние форматы данных.

Расчетная сетка

В FlowVision используется прямоугольная расчетная сетка, которая автоматически адаптируется к границам расчетной области и решению. Аппроксимация криволинейных границ с высокой степенью точности обеспечивается использованием метода подсеточного разрешения геометрии. Данный подход позволяет работать с геометрическими моделями, состоящими из поверхностей любой степени сложности.

Исходная расчетная область

Ортогональная сетка, накладываемая на область

Обрезка начальной сетки границами области

Итоговая расчетная сетка

Автоматическое построение расчетной сетки с учетом кривизны поверхности

При необходимости уточнить решение на границе или в нужном месте расчетного объема можно провести динамическую адаптацию расчетной сетки. Адаптация – это дробление ячеек низшего уровня на более мелкие ячейки. Адаптация может быть по граничному условию, по объему и по решению.

Адаптация сетки производится на указанной границе, в указанном месте расчетной области или по решению с учетом изменения переменной и градиента.

Адаптация производится как в сторону измельчения сетки, так и в обратную сторону – сливание мелких ячеек в более крупные, вплоть до сетки начального уровня.

Технология адаптации расчетной сетки

Технология подвижного тела позволяет поместить внутри расчетной области тело произвольной геометрической формы и придать ему поступательное и/или вращательное движение. Закон движения может быть постоянным или переменным во времени и пространстве. Движение тела задается тремя основными способами:

— явным образом через задание скорости тела; — через задание силы, действующей на тело и сдвигающей его с начальной точки

— через воздействие от среды, в которую тело помещено.

Все три способа можно комбинировать друг с другом.

Сброс ракеты в нестационарном потоке под действием силы тяжести

Воспроизведение опыта Маха: движение шара со скоростью 800 м/с

Параллельные вычисления

Одной из ключевых особенностей программного комплекса FlowVision технологии параллельных вычислений, когда для решения одной задачи используется несколько процессоров или процессорных ядер, что позволяет ускорить расчет пропорционально их количеству.

Ускорение расчета задачи, в зависимости от количества привлекаемых ядер

Процедура запуска в параллельном режиме полностью автоматизирована. Пользователю лишь необходимо указать количество ядер или процессоров, на которых будет запускаться задача. Все дальнейшие действия по разбиению расчетной области на части и обмену данными между ними алгоритм проведет самостоятельно, выбирая наилучшие параметры.

Декомпозиция приповерхностных ячеек на 16 процессоров для задач о двух автомобилях

Команда FlowVision поддерживает тесные связи с представителями отечественного и зарубежного HPC (High Perfomance Computing) сообщества и участвует в совместных проектах, нацеленных на достижение новых возможностей в области повышения производительности в режиме параллельных вычислений.

Совет

В 2007 году FlowVision совместно с НИВЦ МГУ стал участником федеральной программы по созданию национальной терафлопной параллельной расчетной системы. В рамках программы команда разработчиков адаптирует FlowVision для осуществления масштабных вычислений на самой современной технике. В качестве тестовой аппаратной платформы используется кластер СКИФ-Чебышев, установленный в НИВЦ МГУ.

Кластер СКИФ-Чебышев, установленный в НИВЦ МГУ

В тесном сотрудничестве с специалистами НИВЦ МГУ (под руководством член.корр.РАН док.физ.мат.наук Вл.В.Воеводина) осуществляется оптимизация программно-аппаратного комплекса СКИФ- FlowVision по повышению эффективности параллельных вычислений. В июне 2008 года были осуществлены первые практические расчеты на 256 расчетных узлах в параллельном режиме.

Читайте также:  Глава мицубиси рассказал, почему не будет нового паджеро

В 2009 году команда FlowVision совместно с НИВЦ МГУ, компанией Сигма Технология и государственным научным центром ЦАГИ стали участниками федеральной целевой программы по созданию алгоритмов для решения задач параллельной оптимизации в задачах аэро- и гидродинамики.

текст, иллюстрации: компания ТЕСИС

Источник: http://www.cardesign.ru/articles/flowvision/2009/10/14/3399

Технология, делающая машины аэродинамичнее, живет с нами уже более 100 лет – Обзор – Autoutro.ru

17.08.2016 | Фото: Internet

Без аэродинамики автомобили, самолеты, космические аппараты и даже бобы (сани для бобслея) – это всего лишь объекты, вытесняющие ветер

Без аэродинамики автомобили, самолеты, космические аппараты и даже бобы (сани для бобслея) – это всего лишь объекты, вытесняющие ветер. К тому же вытесняющие очень неэффективно. Для того чтобы научиться манипулировать аэродинамическим сопротивлением на этих объектах, необходимо отправиться в аэродинамическую трубу, где инженеры испытывают каждую мелочь…

Однако не дайте себя обмануть инновационными возможностями аэродинамической трубы. Это устройство было изобретено задолго до того, как автоиндустрия прочно встала на ноги. Его создание восходит к 1871 году. У братьев Уилбура и Орвилла Райт была такая штука.

Прежде чем автопроизводители и гоночные инженеры начали оттачивать свое мастерство в туннеле, он покорился пионерам аэронавтики. Они разработали его для того, чтобы имитировать попытки полета. Все верно, к моменту создания аэродинамической трубы функционирующих самолетов не существовало.

Аэродинамическая труба братьев Райт появилась в 1901 году. Они протестировали в ней почти 200 крыльев и фюзеляжей различных форм и дизайнов. Первый полет состоялся спустя 30 лет после создания оригинальной аэродинамической трубы – в 1903 году. Детище братьев Райт удержалось в воздухе в течение 12 секунд.

Реплика аэродинамической трубы братьев Райт

Однако аэродинамическая труба была далеко не первым инструментом, с помощью которого можно было оценить функциональность летательного аппарата.

Вслед за неудачными экспериментами с так называемой «вихревой рукой» середины 1700-х годов Фрэнк Уэнхем нашел финансирование для разработки нового лучшего устройства, которое находится в строю и по сей день.

Обратите внимание

Это «лучшее» устройство и оказалось аэродинамической трубой. Принцип предельно прост. Труба представляет собой замкнутый проход, через который посредством вентилятора или другой аналогичной системы прогоняется воздух. Сердцем аэродинамической трубы является испытательная секция, в которой масштабированная модель противостоит тщательно контролируемому воздушному потоку.

Тесты в аэродинамической трубе стали неотъемлемой частью Второй мировой войны. Как только военное использование было свернуто, эстафету подхватили гоночные инженеры, а затем гостями туннеля стали и гражданские автомобили.

Аэродинамика превращает квадратные кузова с высоким сопротивлением в оптимальные с точки зрения прижимной силы снаряды, которые сегодня мы видим повсеместно, однако тестирование ускорений этих автомобилей проводится без единого фактического движения транспортного средства в туннеле. Автомобиль просто паркуется в центре, и на него обрушиваются ветра!

Да, автомобиль или самолет внутри не двигаются, но вентиляторы создают ветер разной скорости для имитации реальных условий. Иногда дело даже обходится совсем без автомобиля – дизайнеры часто полагаются на точную уменьшенную копию своих моделей, чтобы измерить сопротивление. Воздух движется над объектом, а компьютеры рассчитывают коэффициент аэродинамического сопротивления.

Современная аэродинамическая труба – это по существу гигантский огороженный фен (за вычетом тепла и секущихся концов) для вашего автомобиля. Аэродинамическая труба в Северной Каролине даже имеет своего рода беговую дорожку для автомобиля, способную имитировать скорости до 290 км/ч.

Владелец команд в NASCAR и Формуле-1 Джин Хаас потратил 40 миллионов долларов на постройку такого сооружения. Оно называется туннель WindShear. Его открытие состоялось в 2008 году. Вот как там выглядит типичная сессия:

Да, все стало гораздо фантастичнее с момента первых попыток. То ли еще будет! Уже сейчас многие аэродинамические тесты проводятся полностью на компьютере. В этом случае поездка в фактическую аэродинамическую трубу нужна, чтобы подтвердить смоделированные результаты испытаний.

Такого же рода подход становится популярнее и в краш-тестах. Компьютерное моделирование очень удобно: разбил машину, чуть-чуть подправил дизайн и разбил еще раз. Постройка полноразмерных аэродинамических труб и уничтожение машин – дорогое удовольствие, так что испытания в виртуальном мире могут сэкономить кучу средств.

Но как говорили наши дедушки и бабушки, «реальный мир лучше, чем все эти компьютерные игры, в которые вы, дети, играете целыми днями». Сохранить реальные испытания было бы здорово!

Источник: http://autoutro.ru/review/2016/08/17/tehnologiya-delayushhaya-mashiny-aerodinamichneye-zhivet-s-nami-uzhe-boleye-100/

Как это работает: Модели для аэродинамической трубы

Действующий регламент разрешает командам тестирование в аэродинамической трубе моделей машин, не превышающих 60% масштаба. В интервью F1Racing бывший технический директор команды Renault Пэт Симондс рассказал об особенностях этой работы…

Пэт Симондс: «Сегодня все команды работают с моделями 50% или 60% масштаба, но так было не всегда.

Первые аэродинамические тесты в 80-х проводились с макетами в 25% от реальной величины – большего не позволяли мощности аэродинамических труб в Университете Саутгемптона и Имперского Колледжа в Лондоне – только там была возможность установить модели на подвижную основу.

Важно

Потом появились аэродинамические трубы, в которых можно было работать с моделями в 33% и 50%, а сейчас, из-за необходимости ограничения расходов, команды условились тестировать модели не более 60% при скорости воздушного потока не больше 50 метров в секунду.

При выборе масштаба модели команды исходят из возможностей имеющейся аэродинамической трубы. Для получения точных результатов габариты модели не должны превышать 5% части рабочей области трубы.

Производство моделей меньшего масштаба стоит дешевле, но чем меньше модель, тем сложнее соблюсти необходимую точность.

Как и во многих других вопросах разработки машин Формулы 1, здесь нужно искать оптимальный компромисс.

В прежние времена модели изготавливались из древесины произрастающего в Малайзии дерева Диера, имеющего малую плотность, сейчас используется оборудование для лазерной стереолитографии – луч инфракрасного лазера полимеризует композиционный материал, получая на выходе деталь с заданными характеристиками. Этот метод позволяет уже через несколько часов проверить эффективность новой инженерной идеи в аэродинамической трубе.

Чем точнее выполнена модель, тем более достоверна информация, полученная при её продувке. Здесь важна каждая мелочь, даже через выхлопные трубы поток газов должен проходить с той же скоростью, как и на реальной машине. Команды пытаются добиться предельно возможной для имеющегося оборудования точности при моделировании.

Многие годы вместо шин использовались их масштабные копии из нейлона или углепластика, серьёзного прогресса удалось добиться, когда компания Michelin изготовила точные уменьшенные копии своих гоночных шин. Модель машины оснащается множеством датчиков для измерения давления воздуха и системой, позволяющей менять баланс.

Модели, включая установленное на них измерительное оборудование, немногим уступают в стоимости реальным машинам – к примеру, они стоят дороже, чем реальные машины GP2. Это на самом деле ультрасложное решение. Базовый каркас с датчиками стоит около 800 тысяч долларов, он может использоваться несколько лет, но обычно команды имеют два комплекта, чтобы не останавливать работу.

Каждая доработка кузовных элементов или подвески приводит к необходимости изготовления новой версии обвеса, что обходится ещё в четверть миллиона. При этом работа самой аэродинамической трубы обходится примерно в тысячу долларов в час и требует присутствия 90 сотрудников. Серьёзные команды тратят на эти исследования около 18 миллионов долларов за сезон.

Затраты окупаются. Увеличение прижимной силы на 1% позволяет отыграть одну десятую секунды на реальной трассе. В условиях стабильного регламента инженеры примерно столько и отыгрывают в месяц, так что только в отделе моделирования каждая десятая обходится команде в полтора миллиона долларов».

Источник: https://www.f1news.ru/tech/80052.shtml

Суперкомпьютер заменил аэродинамическую трубу — Наука, R&D, Искусственный интеллект, ИИ | Тренды

Когда речь заходит о дизайне кузова автомобиля, одно из требований к нему — минимальное сопротивление встречному потоку воздуха при движении автомобиля. Именно сила давления воздушных потоков определяет эффективное расходование топлива и безопасность транспортного средства.

Раньше, чтобы выяснить влияние данного фактора, приходилось создавать прототип кузова автомобиля и проводить с ним испытания в аэродинамической трубе. Теперь эксперимент можно полностью смоделировать на компьютере. Такое стало возможным благодаря суперкомпьютеру К, расположенному в японском Институте вычислительных наук RIKEN. Как сообщил diginfo.

tv, «это позволяет понять аэродинамику поведения автомобиля до того, как он будет построен, с самого первого шага, когда есть только рисунок на компьютере». 

Совет

Компьютерное моделирование автомобилей в аэродинамической трубе проводят совместно ученые из Университета Хоккайдо и института RIKEN. Идея проведения эксперимента на компьютере вместо реального опыта давно привлекает дизайнеров.

Однако дальнейшее развитие сдерживала недостаточная вычислительная мощность компьютеров. Поэтому симуляция поведения автомобиля на компьютере всегда оставалась лишь частью разработки, которая предшествовала тесту в аэродинамической трубе.

Расчеты, проведенные с помощью суперкомпьютера К, показали, что от тестирования в трубе можно вообще  отказаться. 

При моделировании потока обычный компьютер позволяет учитывать порядка сотен миллионов ячеек вокруг автомобиля. Суперкомпьютер способен рассчитать 20 млрд ячеек. В результате инженеры получают более точные данные. Ресурс пишет, «статистическая ошибка предсказания сопротивления воздуха уменьшилась с 5 % до 2 %». Однако это не единственное преимущество, которое дает расчет на суперкомпьютере.

Дело в том, что тестирование в аэродинамической трубе проводится на стоящем автомобиле. Однако в реальной дорожной ситуации транспортное средство находится в движении.

Это значит, на него воздействуют постоянно меняющиеся факторы, например неровности дороги, поведение водителя и другие. Суперкомпьютер позволяет их учесть.

«Компьютер К сделал возможным проведение новых испытаний, которые были невозможны в аэродинамической трубе, другими словами, компьютерных тестов». 

Исследования с использованием суперкомпьютера проводятся в тесном сотрудничестве с японским автопромом. В консорциум входят 13 автопроизводителей и смежных компаний, а также четыре института.

Следующий шаг, который наметили участники исследования, — применить технологию для решения конкретных задач автопроизводителей.

Обратите внимание

Другим направлением изучения станет моделирование поведения автомобиля при столкновении.

Источник: http://json.tv/tech_trend_find/superkompyuter-zamenil-aerodinamicheskuyu-trubu-20141028085918

Статические и динамические симуляторы машин Формулы 1

После введения запрета на тесты по ходу сезона команды Формулы 1 вынуждены заменять реальную работу на трассах исследованиями в аэродинамической трубе и компьютерным моделированием.

Мы уже писали о системах вычислительной гидродинамики, позволяющих инженерам проводить виртуальную «продувку» аэродинамических решений, в этом году в чемпионате дебютировала первая машина, полностью разработанная на компьютерах CFD, но сегодня речь пойдёт о другом направлении работы, в котором используются сложные компьютерные системы – виртуальных симуляторах машин.

Команды Формулы 1 используют два типа симуляторов – статический и динамический. В статическом используется реальный или приближенный к нему монокок, жестко закреплённый перед большим сферическим экраном.

На экране воспроизводится картинка, имитирующая конкретную трассу и её прохождение с использованием руля, педалей и других органов управления.

Рисунок и особенности трассы передаются очень точно, обычно компании-поставщики арендуют автодром на несколько дней, чтобы снять максимально детальную электронную копию, привязанную к координатам GPS.

Динамический симулятор базируется на решениях, используемых в авиации для подготовки пилотов.

Первый такой тренажер на примитивной электромеханической платформе появился в США ещё в 1919 году и был предназначен для тренировки запуска двигателя и подготовки к взлёту, спустя десять лет система могла, пусть и с небольшой степенью достоверности, имитировать полёт, контролируя позицию воздушного судна по трём осям. Современные технологии позволяют добиться большего.

Многие команды используют симуляторы небольшой голландской компании Cruden BV, которая известна и на рынке развлечений под брендом Hextech.

Базовый симулятор Cruden имеет шесть степеней свободы, его применяют для обучения гонщиков – молодежь отрабатывает навыки управления многочисленными системами машины, а опытные пилоты могут сосредоточиться на прохождении конкретной связки поворотов с использованием виртуальных решений, копирующие реальные новинки, подготовленные командой.

Любопытно, что для неопытных гонщиков часто используют более острые настройки, которые несколько преувеличивают реальные реакции машины – так легче получить необходимые навыки, чем прислушиваясь к небольшим изменениям в поведении машины.

Важно

Программное обеспечение обычно базируется на алгоритмах Racer и rFactor, которые доступны рядовым болельщикам, но с множеством доработок, позволяющих учитывать детальные настройки аэродинамики, характеристики покрытия, износ резины. В результате, используя компьютерную модель нового аэродинамического обвеса, инженеры могут оперативно оценить её влияние на баланс машины, услышать комментарии гонщиков, понять направление дальнейшей работы.

Читайте также:  Готовятся новые поправки в пдд из-за мотоциклистов

Возможен и обратный процесс – у команд есть возможность построить виртуальную машину, соответствующую пожеланиям гонщика, его стилю пилотирования, работе с рулём, настройкам тормозов, выбору точек торможения. Часто разработанные таким образом решения воплощаются в конструкции реальных машин.

Используются и более необычные подходы, к примеру – метод случайного поиска, когда компьютер перебирает различные сочетания аэродинамических элементов, меняя их свойства и размеры, в поиске оптимального времени прохождения конкретной трассы или связки поворотов. Не всегда найденные решения удаётся воплотить в жизнь, но иногда это позволяет взглянуть на ситуацию с другой стороны.

Гонщики активно используют симуляторы для подготовки к Гран При и поддержания формы. Виртуальная машина надёжна, не нуждается в дозаправках и смене шин, а обычную программу трёхдневных тестов в Хересе позволяет отработать за десять часов.

Конечно, в ближайшее время компьютеры не заменят живую работу на трассе, но прогресс очевиден. Вряд ли программисты, разрабатывавшие игры для приставок и первых персональных компьютеров, могли надеяться, что однажды их идеи будут использоваться для подготовки боевых гонщиков Формулы 1.

Источник: F1News

Источник: http://McLarenF-1.com/news-1963-staticheskie-i-dinamicheskie-simulyatoru-mashin-formulunbsp1.html

Инновационная чувствительная к давлению краска разработана в НАСА

На фото: инженер НАСА Нетти Рузебум (Nettie Roozeboom) проверяет модель ракеты-носителя, окрашенную чувствительной к давлению краской, которая светится в синем свете. Модель закреплена в аэродинамической трубе Исследовательского центра Эймса НАСА в Калифорнии.

 Вот уже более 25 лет НАСА использует для испытаний моделей в аэродинамической трубе краску, чувствительную к давлению — Pressure-Sensitive Paint (PSP). С помощью этой ярко-розовой краски инженеры собирают информацию о давлении воздуха на отдельные элементы конструкции.

Воспользуйтесь нашими услугами

Распределение давления по корпусу во время движения в воздухе — крайне важная информация, её зачастую невозможно получить никаким другим способом, только с помощью PSP.

В прежние времена давление на корпусе модели измеряли с помощью измерительных микрофонов и специальных штуцеров, которые ввинчивали через маленькие отверстия в ключевых местах корпуса, где нужно снять показания. Проблема была в том, что внутри модели иногда не хватало места для размещения электроники и трубок.

Совет

Да и если просверлить в корпусе ракеты слишком много дырок, то он сам превратится в один сплошной штуцер. А в последнее время появилась ещё одна проблема.

В ходе тестирования дизайна чрезвычайно узкого крыла с подпорками будущего самолёта Subsonic Ultra Green Aircraft Research (SUGAR) выяснилось, что некоторые части модели крыла настолько узкие, что вставить штуцер невозможно — измерить давление воздуха в этих местах способна только краска.

Концепт самолёта SUGAR Volt с газовой турбиной, электромотором и складными крыльями

Сейчас самолёты будущего проектируют и новые ракеты испытывают с помощью краски на люминофорах, идея которой родилась более 80 лет назад у знаменитого австрийского химика Ханса Каутского, первооткрывателя флуоресценции хлорофилла и синглетного кислорода. Идею воплотили в жизнь спустя много лет: в 80-е годы компания «Боинг» впервые применила её для обдува моделей в аэродинамической трубе.

Как работает PSP, общая схема:

  • На модель с помощью аэрозоля напыляется слой краски толщиной около 0,0015 мм, краска должна высохнуть.
  • Модель устанавливается в аэродинамической трубе, стенки которой оборудованы синими светодиодными лампами и специальными чёрно-белыми камерами.
  • Во время обдува модели различные её части подвергаются разному давлению воздуха. Синий свет светодиодов возбуждает люминофоры в краске, заставляя её флуоресцировать.
  • В то же время благодаря химическому составу краски молекулы кислорода гасят люминофоры. Под высоким давлением воздуха реакция протекает активнее, так что в этих местах краска хуже светится. В областях низкого давления меньше кислорода, там краска светится ярче.
  • Изменения в яркости краски снимаются на видео во время теста, а видеоматериал потом обрабатывается. Интенсивность градаций серого преобразуется в цветовую шкалу, которая соответствует разным уровням давления.

Краска PSP используется и с целью уточнения моделей в компьютерных программах вычислительной гидродинамики (CFD), которые использует НАСА.

Чувствительную к давлению краску НАСА начало использовать с 80-х годов вслед за компанией «Боинг».

В 1989 году была разработана первая формула PSP — той краски, которая практически без изменений использовалась до настоящего времени.

Тогда же в Исследовательском центре Эймса оборудовали первую трубу с освещением и камерами. Сейчас у НАСА три такие оборудованные трубы в разных исследовательских центрах.

Недавно руководство НАСА выделило грант на разработку новой версии PSP, которая отличается меньшей стабильностью и способна изменять яркость в масштабе микросекунд (чувствительность краски к кислороду повысили за счёт увеличения её пористости и, как следствие, площади контакта с окислителем). Новую краску назвали Unsteady PSP, то есть «нестабильная PSP».

Инженер НАСА Нетти Рузебум измеряет шероховатости поверхности модели ракеты перед покраской и тестами в аэродинамической трубе

Новая краска даёт гораздо более точную информацию в интерактивном режиме об изменении давления на разные части ракеты.

Например, её использовали во время обдува ракеты Space Launch System (SLS) — будущей тяжёлой ракеты на 105 метрических тонн, которая сможет вывести в космос космический корабль Orion с экипажем и грузом до Марса.

Предварительные расчёты показали, что бафтинг в полёте может оказаться настолько велик, что требуется изменение отдельных элементов конструкции. Для предварительной оценки бафтинга и испытаний новой краски примерную модель SLS покрасили нестабильной PSP и прогнали через трубу.

Симуляция бафтинга за несколько мгновений перед достижением скорости звука, более качественное видео

Обратите внимание

В ноябре 2015 года инженеры провели один раунд тестирования примерной модели SLS на бафтинг в аэродинамической трубе. Повторный тест с дополнительной камерой планируют провести позже в этом году. А в более отдалённом будущем новая краска от НАСА может пригодиться специалистам по вычислительной гидродинамике в других отраслях промышленности, кроме авиастроения и ракетостроения.

Источник: http://integral-russia.ru/2017/02/03/innovatsionnaya-kraska-chuvstvitelnaya-k-davleniyu-razrabotana-v-nasa/

Аэродинамическую трубу заменит компьютер

По последним данным ведущих автомобильных брендов, использование компьютерного моделирования показывает значительно лучшие результаты по сравнению с применением технологии полноразмерного моделирования для проведения многочисленных тестов в аэродинамической трубе.

Только за последние пару лет количество автомобилей, построенных с использованием только лишь компьютера, существенно возросло. И машины, созданные при помощи цифровых технологий, показывают отличные результаты.

Оказывается, что точность их расчетов значительно превосходит аналогичные показатели при поведении живого эксперимента.

Самыми главными преимуществами применения виртуальных технологий являются возможность вносить требуемые правки в процессе самого проектирования, чем достигаются наиболее точные результаты.

Ну и, конечно же – огромная экономия времени при разработке новых моделей и отсутствие содержать производителю отдельную инфраструктуру для производства живых испытаний в громоздких аэродинамических трубах, и уменьшение себестоимости собственно процесса разработки.

Особенно это актуально в отношении моделей, к которым предъявляются высокие требования к коэффициенту лобового сопротивления.

Одним из основных инструментов для работы над проектированием автомобилей в виртуальной среде сегодня является специальный пакет программ Powerflow, разработанный известной компанией EХА.

Важно

Пока на частичный переход к использованию их продукта перешли только основные игроки автомобильного рынка, которые особе внимание уделяют именно коэффициенту лобового сопротивления (Сх). Среди них такие производители, как Tesla и Jaguar, BMW и Land Rover, Volkswagen и Ford.

Основная цель, которую они ставят на сегодняшний день перед своими инженерами-проектировщиками – выйти за пределы Сх с показателем менее 0,2.

Напомним, что для большинства легковых серийных автомобилей он составляет около 0,3. Например, BMW 3 серии – 0,27, Jaguar XE – 0,26, а у Mercedes С-класса – 0,24.

Передовые технологии позволили грандам на отдельных экземплярах добиться существенного прорыва в этом вопросе. Так, Tesla в следующем году собирается покорить показатель в 0,21.

А у того же Mercedes есть даже прототип, коэффициент лобового сопротивления у которого ниже вожделенных 0,2 – это Mercedes Concept IAA, Сх которого составляет 0,19.

Впрочем, и это еще не предел: в активе у Volkswagen есть лимитированная модель XL1, у которой коэффициент меньше на одну сотую единицу. Впрочем, это все – единичные экземпляры, которые пока не годятся в серию. А вот добиться таких показателей у серийных моделей как раз и поможет виртуальная реальность.

По оценкам специалистов отрасли, использование цифровых технологий в проектировании позволяет улучшить на 5 процентов показатель топливной эффективности именно за счет более точных расчетов.

Экономия времени на проведении теста дает возможность проводить их самое невероятное количество раз, лишь бы довести аэродинамику автомобиля до нужной кондиции. Например, при разработке Jaguar ХЕ при помощи Powerflow было проведено 1200 симуляций аэродинамических тестов.

Можно себе только представить, сколько бы длилась разработка модели, если бы их пришлось делать в виде живых экспериментов.

Совет

Кроме того, программный пакет от EХА помогает и внедрять совершенно невероятные системы аэродинамики, среди которых уже сейчас приняты на вооружение закрывающаяся решетка радиатора, изменяемая геометрия кузова и динамические антикрылья. Что еще подарит нам виртуальная реальность?

Источник: http://autoportal.kiev.ua/sluzhby-taksi-kiev-i-oblast/2040-aerodinamicheskuyu-trubu-zamenit-kompyuter

Будет ли моделирование аэродинамической трубы когда-либо полностью заменяться компьютерными моделями?

В конце мы занимаемся моделированием, где у нас есть компьютерное моделирование, а с другой стороны — аппаратное моделирование. Когда мы говорим о моделировании, мы имеем 3 уровня моделирования:

  • Моделирование геометрии и внешних условий: приближение, выполненное из геометрии и внешних условий, определенных в задаче. К ним относятся, например, опоры, созданные в аэродинамической трубе.
  • Численная дискретизация: как дискретно дискретизируется область внешнего потока.
  • моделирование Турбулентность: как представлена ​​внешняя физика (Euler, РАЕН, LES …)

моделирование Оборудование влияет только первый параметр, например, число Рейнольдса не то же самое во многих ветра туннель. Испытания и внешние условия заменяются стенами. Фактически, в области геометрии и внешних условий численное моделирование намного более продвинуто, чем текущее состояние WTT.

Цифровая дискретизация присутствует только в численном моделировании, и здесь просто добавив грубую силу, которую вы можете уменьшить, насколько это возможно. Современное состояние техники не позволяет уменьшить его до 0.

Моделирование турбулентности — это ключ к численному моделированию.

Современные модели, используемые в отрасли, не могут правильно моделировать некоторые экстремальные области (например, высокие разделенные потоки), а современные наиболее перспективные методы (DNS, LES) являются чрезвычайно сложными в вычислительном времени, увеличивают ограничения в области дискретизации и, что более важно , не были надлежащим образом доказаны в промышленных случаях.

Вы можете видеть, что текущее численное моделирование впереди в аэродинамической трубе (аппаратное моделирование) в области геометрии и внешних условий, но в основном слабое в области моделирования турбулентности.

Текущая ситуация заключается в том, что аэродинамическая труба была заменена численным моделированием в области, где моделирование турбулентности не востребовано требованиями точности или сложностью физики.

Однако для того, чтобы смоделировать некоторую часть физики, отрасль может пройти только аппаратное тестирование (аэродинамическая труба).

Идя более точно к вашему вопросу, численное моделирование заменит аппаратное тестирование, когда сможет решить пробел в моделировании турбулентности.

Обратите внимание

В нынешней ситуации, о которой я рассказывал выше, некоторые из них подходят к перспективу, но мы сможем оценить, смогут ли эти подходы (DNS, LES) закрыть разрыв при применении полного самолета.

В настоящее время это предусмотрено через 20 лет (у меня нет ссылок на извините …), моя точка зрения заключается в том, что 20 лет оптимистичны.

Так что, отвечая на ваш вопрос, мы можем ответить на вопрос еще, нам нужно еще 20 лет, чтобы иметь возможность ответить вам.

В заключение я хотел бы остановиться на расчетах. Это понятно, чем создание модели в аппаратном тестировании (физическая модель) намного дороже, чем модель в числовом тестировании (сетка).

Тем не менее, модель в аэродинамической трубе имеет огромную производительность один раз в аэродинамической трубе (новая точка моделирования менее чем за секунду), симуляция занимает несколько часов, как только модель будет готова.

Однако численное моделирование ежегодно уменьшает стоимость его модели намного быстрее, чем аэродинамическая труба. Тем не менее для некоторых приложений с высокой производительностью требуемых точек аэродинамическая труба намного дешевле.

Читайте также:  Купе bmw 8 series встанет на конвейер в 2019 году

Источник: https://aviation.stackovernet.com/ru/q/5078

Аэродинамические тесты в велоспорте

Когда усовершенствование технических характеристик велосипеда достигло определённого предела и разницы в показателях отдельных компонентов различных производителей практически не стало, обратили внимание на сопротивление воздуха, которое велосипедист преодолевает при езде.

Этот показатель имел внушительное цифровое значение, поэтому здесь было над чем поработать. Как в самолётостроении и автомобильной промышленности для тестов, как встречный поток воздуха действует на велосипедиста используют аэродинамическую трубу.

Это дорогостоящее устройство помогает определить взаимодействие объекта (велосипедиста) с потоком вохдуха, а также определить действующую силу в численном значении. Во время тестов определяется оптимальная посадка велосипедиста, а также коэффициент сопротивления встречному потоку воздуха отдельных частей велосипеда и экипировки спортсмена.

Важно

Конструкция аэродинамической трубы представляет собой комнату, с одной стороны которой установлены вентиляторы большой производительности, они и создают поток воздуха, имитирующий встречный ветер, скорость которого регулируется изменением мощьности электродвигателей, вращающих лопасти вентилятора. На потолке, полу и стенах трубы установленно большое тколичество датчиков и видеокамер, регистрирующих показатели.

Для видимости потоков и их изменения в проходящий воздух подмешивают дым. Велосипед закрепляется жёстко на платформе, которая может двигаться по вертикали и горизонтали, имитируя изменение напрвления встречного потока.

Аэродинамика в велоспорте

Уже давно с помощью тестов определили, что примерно 30% сопротивлению воздуху создаёт велосипед, и 70% приходится на велосипедиста.

Причём львиная доля приходится на голову и руки, вернее их положение.

С помощью видероликов, отснятых в аэродинамической трубе велосипедистов приучали уделять большое внимание не только физической стороне и тактике ведения гонки, но и следить за своей посадкой.

Вся экипировка велосипедиста также проходит обдув в трубе. Для последних моделей велосипедов рамы изготавливаются из труб с «яйцевидным» сечением, имеющим меньшее сопротивление воздуха по сравнению с круглыми. Всем этим нововведениями многим другим мы обязаны тестам в аэродинамической трубе. Само тестирование представляет кропотливую, утомительную и продолжительную по времени процедуру.

Еще больше времени занимает обработка результатов тестирования, из которых делают определённые выводы и вносят изменения в конструкцию велосипеда или одежду велосипедиста. Потом всё повторяется заново, и так несколько раз.

Также читать на эту тему:

Ветер – главный враг велосипедиста. Основные части велосипеда имеют цилиндрическую форму. Самого велосипедиста и его большинство частей его тела также можно рассматривать как форму с цилиндрическими поверхностями. Если сделать некоторую поправку на отдельные элементы велосипеда…

Физические силы, действующие при езде на велосипеде. Силы, возникающие во время манёвров для балансировки велосипеда. Возникают при изменении направления движения велосипеда или при манипуляциях рулём, чтобы сбалансировать велосипед и удержать равновесие. Определяется центробежной силой. В механике термин центробежная сила…

Технические революции в велоспорте. Серьёзно к аэродинамике в велоспорте стали относиться в начале 80-х годов прошлого столетия. Для французского гонщика Бернарда Ино изготовили велосипед “Gitan” со специальной аэродинамической рулевой трубой, плоскими спицами и скрытыми тросами управления трансмиссией и тормозами…

Совет

От велосипеда к самолёту. Американская практичность, конструкторский талант и стремление идти всё время вперёд – эти качества способствовали тому, что братья решили сами наладить выпуск велосипедов. В 1892 году они открыли магазин и мастерскую при нём. Покупателям были представлены модели…

Современный велосипед. Современный велосипед создаётся на компьютере созданием визуальных прототипов и электронных чертежей. Затем в 3D формате создаются образцы и макеты, после чего создаётся первый опытный образец на котором проводится визуальный анализ и размерная проверка…

Источник: https://velomasterclass.ru/aerodinamicheskie-testy-v-velosporte/

Аэродинамика — путь к победе!

Михаил Плыкин

Актуальные проблемы

Эксперимент или расчет?

Ускорение проектирования

Авиация

Автомобилестроение

Строительство

Подводя итоги

Актуальные проблемы

Во многих областях науки и техники, которые связаны со скоростью, часто возникает необходимость расчета сил, действующих на объект. Современный автомобиль, истребитель,  подводная лодка или скоростной электропоезд — все они испытывают на себе  влияние аэродинамических сил.

Точность определения величины этих сил напрямую влияет на  технические характеристики указанных объектов и на их способность выполнять те или иные задачи. В общем случае силы трения определяют уровень мощности двигательной установки, а поперечные силы влияют на управляемость объекта.

При традиционной схеме проектирования для определения сил используются продувки в аэродинамических трубах (как правило, уменьшенных моделей), испытания в бассейнах и натурные испытания.  Однако все экспериментальные исследования — это достаточно дорогой способ получения подобных знаний.

Для того чтобы испытать модельное устройство, необходимо сначала его изготовить, затем составить программу испытаний, подготовить стенд и, наконец, провести серию замеров.

При этом в большинстве случаев на достоверность результатов испытаний будут влиять допущения, вызванные отступлением от реальных условий эксплуатации объекта.

 Эксперимент или расчет?

Рассмотрим более подробно причины несовпадения результатов экспериментов с реальным поведением объекта.

При исследовании моделей в условиях ограниченного пространства, например в аэродинамических трубах, граничные поверхности оказывают существенное влияние на структуру течения около объекта. Уменьшение масштаба модели позволяет решить данную проблему, однако при этом следует учитывать изменение числа Рейнольдса (так называемый масштабный эффект).

В отдельных случаях искажения могут быть вызваны принципиальным несоответствием реальных условий обтекания тела и моделируемых в трубе.

Например, при  продувке скоростных автомобилей или поездов  отсутствие в аэродинамической трубе подвижной горизонтальной поверхности серьезным образом изменяет общую картину обтекания, а также влияет на баланс аэродинамических сил. Данный эффект связан с нарастанием пограничного слоя.

Обратите внимание

Способы измерения также вносят погрешности в измеряемые величины.  Неправильная схема размещения датчиков на объекте или неверная ориентация их рабочих частей, может привести к получению некорректных результатов.

Рис. 1. Обтекание полной модели пассажирского самолета

Рис. 2. Форсунка и участок эрозии (Robert Bosch Gmbh)

Ускорение проектирования

В настоящее время ведущие отраслевые компании на этапе эскизного проектирования широко используют технологии компьютерного моделирования CAE. Это позволяет рассмотреть большее количество вариантов при поиске оптимальной конструкции.

Современный уровень развития программного комплекса ANSYS CFX значительно расширяет область его применения: от моделирования ламинарных течений до турбулентных потоков с сильной анизотропией параметров.

Широкий набор используемых моделей турбулентности включает традиционные модели RANS (Reynolds Averaged Navie-Stoks), обладающие лучшим соотношением «скорость—точность», модель турбулентности SST (Shear Stress Transport) (двухслойная модель Ментера), удачно сочетающая в себе достоинства моделей турбулентности «k-e» и «k-w». Для потоков с развитой анизотропией больше подходят модели RSM (Reynolds Stress Model) типа. Прямой расчет параметров турбулентности по направлениям позволяет точнее определять характеристики вихревого движения потока.

В отдельных случаях рекомендуется применять модели, построенные на вихревых теориях:    DES (Detachable Eddy Simulation) и LES (Large Eddy Simulation).

Специально для случаев, где особенно важен учет процессов  ламинарно-турбулентного перехода, разработана модель Transition Turbulence Model, созданная на основе хорошо зарекомендовавшей себя SST-технологии.

Модель прошла обширную программу тестирования на различных объектах (от лопаточных машин до пассажирских  самолетов) и показала прекрасную корреляцию с экспериментальными данными.

Авиация

Создание  современных боевых и гражданских самолетов невозможно без глубокого анализа  всех  его характеристик еще на начальном этапе проектирования. От тщательной проработки формы несущих поверхностей и обводов напрямую зависит экономичность самолета, его скорость и маневренность.

Сегодня все крупные самолетостроительные компании в той или иной степени применяют компьютерный анализ при разработке новых изделий.

Большие возможности по анализу сложных течений открывает перед исследователями переходная модель турбулентности, которая корректно анализирует режимы течения, близкие к ламинарным, течения с развитыми зонами отрыва и присоединения потока. Это еще больше сокращает разницу между результатами численных расчетов и реальной картиной течения.

Рис. 3. Камера сгорания ДВС (BMW AG)

Автомобилестроение

Современный автомобиль должен обладать повышенной экономичностью при высокой эффективности использования мощности. И конечно, основными определяющими компонентами  являются двигатель и кузов.

Для обеспечения эффективности всех систем двигателя  ведущие западные компании уже давно используют технологии компьютерного моделирования. Например, компания Robert Bosch Gmbh (Германия),  производитель широкого спектра узлов для современных дизельных автомобилей, при разработке системы подачи топлива Common Rail использовала ANSYS CFX (для усовершенствования характеристик впрыска).

Компания BMW, двигатели которой уже несколько лет подряд завоевывают звание «Лучший двигатель года» (International Engine of the Year), применяет ANSYS CFX для моделирования процессов в камерах сгорания ДВС.

Важно

Внешняя аэродинамика также является средством повышения эффективности использования мощности двигателя. Обычно речь идет не только о снижении коэффициента сопротивления, но и о балансе прижимной силы, необходимом любому скоростному автомобилю.

В качестве предельного выражения этих характеристик выступают гоночные автомобили различных классов. Все без исключения участники чемпионата F1 используют компьютерный анализ аэродинамики своих болидов. Спортивные достижения наглядным образом доказывают преимущества этих технологий, многие из которых уже применяются и при создании серийных автомобилей.

В России пионером в этой области является  команда Active-Pro Racing: гоночный автомобиль класса «Формула-1600» развивает скорость свыше 250 км/ч и является вершиной российского кольцевого автоспорта.

Использование комплекса ANSYS CFX (рис. 4) для проектирования нового аэродинамического оперения болида позволило значительно сократить количество вариантов конструкции при поиске оптимального решения.

Сравнение расчетных данных и  результатов продувок в аэродинамической трубе показало ожидаемую разницу. Она объясняется неподвижным полом в трубе, который вызывал рост толщины пограничного слоя. Поэтому аэродинамические элементы, расположенные достаточно низко,  работали в непривычных для себя условиях.

Однако компьютерная модель  полностью соответствовала реальным условиям движения, что позволило значительно улучшить эффективность оперения болида.

Рис. 4. Обтекание гоночного автомобиля «Формула-1600»

Строительство

Сегодня  архитекторы более свободно подходят к внешнему облику проектируемых зданий, чем 20 или 30 лет назад. Футуристические творения современных архитекторов, как правило, имеют сложные геометрические формы, для которых неизвестны значения аэродинамических коэффициентов (необходимых для назначения расчетных ветровых нагрузок на несущие конструкции).

В этом случае для получения аэродинамических характеристик здания (и силовых факторов воздействия), помимо традиционных испытаний в аэродинамических трубах, все чаще используются средства CAE. Пример такого расчета в ANSYS CFX показан на рис. 5.

Кроме того, ANSYS CFX традиционно используется для моделирования систем вентиляции и отопления производственных помещений, административных зданий, офисных и спортивно-развлекательных комплексов.

Совет

Для анализа температурного режима и характера воздушных потоков в помещении ледовой арены СК «Крылатское» (г. Москва) инженеры Olof Granlund Oy (Финляндия) использовали программный комплекс ANSYS CFX.

  Трибуны стадиона вмещают в себя около 10 тыс. зрителей, а тепловая нагрузка от них может составить более 1 МВт (из расчета 100-120 Вт/чел).

  Для сравнения: чтобы нагреть 1 л воды от 0 до 100 °С  требуется чуть больше 4 кВт энергии.

Рис. 5. Распределение давления на поверхности сооружений

Рис. 6. Ледовая арена СК «Крылатское» (OLOF GRANLUND OY)

Подводя итоги

Как можно видеть, вычислительные технологии в аэродинамике достигли такого уровня, о котором мы могли только мечтать 10 лет назад. В то же время не стоит противопоставлять компьютерное моделирование экспериментальным исследованиям — гораздо лучше, если эти методы будут дополнять друг друга.

Комплекс ANSYS CFX позволяет инженерам решать и такие сложные задачи, как, например, определение деформаций конструкции при воздействии на нее аэродинамических нагрузок. Это способствует более корректной постановке многих задач как внутренней, так и внешней аэродинамики: от задач флаттера лопаточных машин до  ветрового и волнового воздействия на морские сооружения.

Все расчетные возможности комплекса ANSYS CFX доступны и в среде ANSYS Workbench. 

Дополнительные материалы с описанием  моделей турбулентности, примерами расчетов в ANSYS CFX и многое другое вы найдете на сайтах компании ЗАО «ЕМТ Р»: www.ansys.msk.ru www.ansyssolutions.ru.

САПР и графика 7`2006

Источник: https://sapr.ru/article/16193

Ссылка на основную публикацию