Програмний комплекс обчислювальної аеро- та гідродинаміки FlowVisionпризначений щодо віртуальних аеродинамічних продувок різних технічних чи природних об'єктів. Як об'єкти можуть виступати транспортні вироби, об'єкти енергетики, військово-промислові вироби та інші. FlowVisionдозволяє моделювати обтікання при різних швидкостях потоку, що набігає, і при різному ступені його обуреності (ступеня турбулентності).

Процес моделювання здійснюється строго у тривимірній просторовій постановці задачі і відбувається за принципом «як є», що передбачає можливість дослідження повноцінної геометричної моделі об'єкта користувача без будь-яких спрощень. Створена система обробки імпортованої тривимірної геометрії дозволяє безболісно працювати з моделями будь-якого ступеня складності, де користувач, фактично, сам вибирає ступінь деталізації свого об'єкта - чи хоче він продувати спрощену згладжену модель зовнішніх обводів або повноцінну модель з наявністю всіх конструктивних елементів, аж до головок болтів на дисках коліс та логотипу виробника у вигляді фігурки на носі автомобіля.

Розподіл швидкості на околиці корпусу гоночного автомобіля.

Враховано всі деталі – спиці коліс, вплив несиметричності спиць керма на картину обтікання.

FlowVisionстворено російською командоюрозробників (компанія ТЕСІС, Росія) понад 10 років тому і базується на розробках вітчизняної фундаментальної та математичної школи. Система створена для того, що з нею працюватимуть користувачі найрізноманітнішої кваліфікації – студенти, викладачі, конструктори та вчені. Можна однаково ефективно вирішувати як прості, і складні завдання.

Продукт застосовується в різних галузях промисловості, науки та освіти – авіація, космонавтика, енергетика, суднобудування, автомобілебудування, екологія, машинобудування, переробка та хімічна промисловість, медицина, атомна промисловість та оборонний сектор та має найбільшу інсталяційну базу в Росії.

У 2001 році, рішенням Головної Ради Міністерства Російської Федерації, FlowVision був рекомендований для включення до програми викладання механіки рідини та газу у ВНЗ Росії. В даний час FlowVision використовується як складова навчального процесу провідних ВНЗ Росії - МФТІ, МЕІ, СПбГТУ, Володимирський університет, ННГУ та інші.

У 2005 році FlowVision пройшов випробування та отримав сертифікат відповідності Держстандарту Російської Федерації.

Основні можливості

В основі FlowVisionлежить принцип закону збереження маси – кількість речовини, що надходить у заповнений замкнутий розрахунковий обсяг, дорівнює кількості речовини з неї спадної (див. рис.1).

Мал. 1 Принцип закону збереження маси

Рішення для такої задачі відбувається за допомогою знаходження середнього значення величини в заданому обсязі на основі даних на межах (теорема Остроградського-Гаусса).

Мал. 2 Інтегрування за обсягом на основі граничних значень

Для більш точного рішення вихідний розрахунковий обсяг розбивається більш малі обсяги.

Мал. 3 Згущення розрахункової сітки

Процедура розбиття вихідного обсягу на дрібніші обсяги називається ПОБУДУВАННЯМ РОЗРАХУНОЧНОЇ сітки , а масив обсягів, що вийшли - РОЗРАХУНОЧНОЮ СІТКОЮ . Кожен обсяг, що вийшов у процесі побудови розрахункової сітки, називається РОЗРАХУНОЧНОЮ осередком , в кожній з яких так само дотримується баланс маси, що прийшла і пішла. Замкнутий обсяг, у якому відбувається побудова розрахункової сітки, називається РОЗРАХУНОЧНОЮ ОБЛАСТЮ .

Архітектура

Ідеологія FlowVisionпобудована на базі розподіленої архітектури, де програмний блок, що виконує арифметичні обчислення, може знаходитись на будь-якому комп'ютері у складі мережі – на високопродуктивному кластері чи ноутбуці. Архітектура програмного комплексу є модульною, що дозволяє безболісно вносити в нього покращення та нові функціональні можливості. Основними модулями є препостпроцесор і блок вирішувача, а також кілька допоміжних блоків, що виконують різні операції, призначені для моніторингу та налаштування.

Розподіл тиску по корпусу спортивного автомобіля

У функціональне призначення Препроцесора входить імпортування геометрії розрахункової області із систем геометричного моделювання, завдання моделі середовища, розстановка початкових та граничних умов, редагування або імпорт розрахункової сітки та завдання критеріїв збіжності, після чого управління передається Решателю, який починає процес побудови розрахункової сітки та здійснює розрахунок за заданим параметрам. У процесі рахунку користувач має можливість вести інструментами постпроцесора візуальний та кількісний моніторинг розрахунку та оцінювати процес розвитку рішення. При досягненні необхідного значення критерію збіжності процес рахунку може бути зупинений, після чого результат стає повністю доступним для користувача, який за допомогою інструментів постпроцесора може здійснити обробку даних - візуалізація результатів та кількісна оцінка з подальшим збереженням зовнішніх форматів даних.

Розрахункова сітка

У FlowVisionвикористовується прямокутна розрахункова сітка, яка автоматично адаптується до меж розрахункової області та рішення. Апроксимація криволінійних кордонів з високим ступенем точності забезпечується використанням методу підмережного дозволу геометрії. Цей підхід дозволяє працювати з геометричними моделями, що складаються з поверхонь будь-якого ступеня складності.

Вихідна розрахункова область

Ортогональна сітка, що накладається на область

Обрізання початкової сітки межами області

Підсумкова розрахункова сітка

Автоматична побудова розрахункової сітки з урахуванням кривизни поверхні

У разі необхідності уточнити рішення на кордоні або в потрібному місці розрахункового обсягу можна провести динамічну адаптацію розрахункової сітки. Адаптація – це дроблення осередків нижчого рівняна дрібніші осередки. Адаптація може бути за граничною умовою, за обсягом та за рішенням. Адаптація сітки проводиться на вказаній межі, вказаному місцірозрахункової області або за рішенням з урахуванням зміни змінної та градієнта. Адаптація проводиться як у бік подрібнення сітки, так і у зворотний бік – зливання дрібних осередків у більші, аж до сітки початкового рівня.

Технологія адаптації розрахункової сітки

Рухливі тіла

Технологія рухомого тіла дозволяє помістити всередині розрахункової області тіло довільної геометричної форми і надати йому поступального та/або обертального руху. Закон руху може бути постійним або змінним у часі та просторі. Рух тіла задається трьома основними способами:

Явним чином через завдання швидкості тіла;
- через завдання сили, що діє на тіло і зрушує його з початкової точки

Через вплив від середовища, в яке тіло вміщено.

Усі три способи можна комбінувати один з одним.

Скидання ракети в нестаціонарному потоці під дією сили тяжіння

Відтворення досвіду Маха: рух кулі зі швидкістю 800 м/с

Паралельні обчислення

Однією з ключових особливостей програмного комплексу FlowVisionтехнології паралельних обчислень, коли для вирішення одного завдання використовується кілька процесорів або процесорних ядер, що дозволяє прискорити розрахунок пропорційно до їх кількості.

Прискорення розрахунку завдання, залежно від кількості ядер, що залучаються.

Процедуру запуску в паралельному режимі повністю автоматизовано. Користувачеві необхідно вказати кількість ядер або процесорів, на яких запускатиметься завдання. Всі подальші дії з розбиття розрахункової області на частини та обмін даними між ними алгоритм проведе самостійно, вибираючи найкращі параметри.

Декомпозиція приповерхневих осередків на 16 процесорів для завдань про два автомобілі

Команда FlowVisionпідтримує тісні зв'язки з представниками вітчизняного та зарубіжного HPC (High Perfomance Computing) спільноти та бере участь у спільних проектах, націлених на досягнення нових можливостей у сфері підвищення продуктивності у режимі паралельних обчислень.

У 2007 році FlowVision спільно з НДВЦ МДУ став учасником федеральної програми створення національної терафлопної паралельної розрахункової системи. У рамках програми команда розробників адаптує FlowVision для здійснення масштабних обчислень на самій сучасної техніки. Як тестова апаратна платформа використовується кластер СКІФ-Чебишев, встановлений в НДВЦ МДУ.

Кластер СКІФ-Чебишев, встановлений у НДЦ МДУ

У тісній співпраці з фахівцями НДВЦ МДУ (під керівництвом член.кор.РАН док.фіз.мат.наук Вл.В.Воєводіна) здійснюється оптимізація програмно-апаратного комплексу СКІФ- FlowVisionщодо підвищення ефективності паралельних обчислень. У червні 2008 року було здійснено перші практичні розрахунки на 256 розрахункових вузлах у паралельному режимі.

У 2009 році команда FlowVision спільно з НДВЦ МДУ, компанією Сигма Технологія та державним науковим центромЦАГІ стали учасниками федеральної цільової програми зі створення алгоритмів для вирішення завдань паралельної оптимізації у завданнях аеро- та гідродинаміки.

текст, ілюстрації: компанія ТЕСІС

Для чого потрібна аеродинаміка автомобілю, знають усі. Чим обтічний його кузов, тим менше опір руху і витрата палива. Такий автомобіль не тільки збереже ваші гроші, а й у навколишнє середовище викине менше будь-якої погані. Відповідь проста, але далеко не повна. Фахівці з аеродинаміки, доводячи кузов нової моделі, ще й:

• розраховують розподіл по осях підйомної сили, що дуже важливо з урахуванням чималих швидкостей сучасних автомобілів,
• забезпечують доступ повітря для охолодження двигуна та гальмівних механізмів,
• продумують місця забору та виходу повітря для системи вентиляції салону,
• прагнуть знизити рівень шумів у салоні,
• оптимізують форму деталей кузова для зменшення забруднення скла, дзеркал та світлотехніки.

Причому вирішення одного завдання найчастіше суперечить виконанню іншого. Наприклад, зниження коефіцієнта лобового опору покращує обтічність, але водночас погіршує стійкість автомобіля до поривів бічного вітру. Тому фахівці мають шукати розумного компромісу.

Зниження лобового опору

Від чого залежить сила лобового спротиву? Вирішальний вплив на неї мають два параметри - коефіцієнт аеродинамічного опору Сх і площа поперечного перерізу автомобіля (мідель). Зменшити мідель можна, зробивши кузов нижче та вже, але навряд чи на такий автомобіль знайдеться багато покупців. Тому основним напрямом поліпшення аеродинаміки автомобіля є оптимізація обтікання кузова, тобто зменшення Сх. Коефіцієнт аеродинамічного опору Сх – це безрозмірна величина, що визначається експериментальним шляхом. Для сучасних автомобілів вона лежить у межах 0,26-0,38. У зарубіжних джерелах коефіцієнт аеродинамічного опору іноді позначають Cd (drag coefficient – ​​коефіцієнт опору). Ідеальною обтічністю має краплеподібне тіло, Сх якого дорівнює 0,04. Під час руху воно плавно розсікає повітряні потоки, які потім безперешкодно, без розривів, стуляються у його «хвості».

Інакше поводяться повітряні маси під час руху автомобіля. Тут опір повітря складається з трьох складових:

• внутрішнього опору при проходженні повітря через підкапотний простір та салон,
• опору тертя повітряних потоків про зовнішні поверхні кузова та
• опору форми.

Третя складова має найбільший вплив на аеродинаміку автомобіля. Рухаючись, автомобіль стискає повітряні маси, що знаходяться перед ним, створюючи область підвищеного тиску. Потоки повітря обтікають кузов, а там, де він закінчується, відбувається відрив повітряного потоку, створюються завихрення та знижений тиск. Таким чином, область високого тиску спереду заважає автомобілю рухатися вперед, а область зниженого тиску ззаду засмоктує його назад. Сила завихрень та величина області зниженого тиску визначається формою задньої частини кузова.

Найкращі показники обтічності демонструють автомобілі зі східчастою формою задньої частини – седани та купе. Пояснення просте - потік повітря, що зірвався з даху, тут же потрапляє на кришку багажника, де нормалізується і потім остаточно зривається з його кромки. Бічні потоки теж потрапляють на багажник, який не дає виникати шкідливим вихорам за автомобілем. Тому чим вища і довша кришка багажника, тим краще аеродинамічні показники. на великих седанахі купе іноді навіть вдається досягти безвідривного обтікання кузова. Невелике звуження задньої частини також допомагає знизити Сх. Край багажника роблять гострою або у вигляді невеликого виступу - це забезпечує відрив повітряного потоку без завихрень. В результаті область розрядження за автомобілем виходить невеликою.

Днище автомобіля також впливає на його аеродинаміку. Виступаючі деталі підвіски та вихлопної системи збільшують опір. Для його зменшення намагаються максимально згладити днище або прикрити щитками все, що стирчить нижче бампера. Іноді встановлюють невеликий передній спойлер. Спойлер знижує потік повітря під автомобілем. Але тут важливо знати міру. Великий спойлер істотно збільшить опір, зате автомобіль краще «притискатися» до дороги. Але про це – у наступному розділі.

Притискна сила

При русі автомобіля потік повітря під його днищем йде прямою, а верхня частина потоку огинає кузов, тобто, проходить більший шлях. Тому швидкість верхнього потоку вища, ніж нижнього. А відповідно до законів фізики, що вища швидкість повітря, то нижчий тиск. Отже, під днищем створюється область підвищеного тиску, зверху – зниженого. У такий спосіб створюється підйомна сила. І хоча її величина невелика, неприємність у тому, що вона нерівномірно розподіляється по осях. Якщо передню вісь підвантажує потік, що давить на капот і лобове скло, Задню додатково розвантажує зона розрядження, що утворюється за автомобілем. Тому зі зростанням швидкості знижується стійкість і автомобіль стає схильний до занесення.

Яких-небудь спеціальних заходів для боротьби з цим явищем конструкторам звичайних серійних автомобілів вигадувати не доводиться, тому що те, що робиться для покращення обтічності, одночасно збільшує притискну силу. Наприклад, оптимізація задньої частини зменшує зону розрядження за автомобілем, а отже, і знижує підйомну силу. Вирівнювання днища не тільки зменшує опір руху повітря, а й підвищує швидкість потоку і, отже, знижує тиск під автомобілем. А це, своєю чергою, призводить до зменшення підйомної сили. Так само два завдання виконує і задній спойлер. Він не тільки зменшує вихроутворення, покращуючи Сх, але й одночасно притискає автомобіль до дороги за рахунок потоку повітря, що відштовхується від нього. Іноді задній спойлер призначають виключно збільшення притискної сили. У цьому випадку він має великі розміриі нахил або робиться висувним, вступаючи в роботу лише на високих швидкостях.

Для спортивних та гоночних моделейописані заходи будуть, звісно, ​​малоефективні. Щоб утримати їх на дорозі, потрібно створити велику притискну силу. Для цього застосовуються великий передній спойлер, обважування порогів та антикрила. А ось встановлені на серійних автомобілях, ці елементи будуть грати лише декоративну роль, тішачи самолюбство власника. Жодної практичної вигоди вони не дадуть, а навпаки, збільшать опір руху. Багато автолюбителів, до речі, плутають спойлер із антикрилом, хоча розрізнити їх досить просто. Спойлер завжди притиснутий до кузова, становлячи з ним єдине ціле. Антикрило встановлюється на деякій відстані від кузова.

Практична аеродинаміка

Виконання кількох нескладних правил дозволить вам отримати економію з повітря, зменшивши витрату палива. Однак ці поради будуть корисні лише тим, хто часто і багато їздить трасою.

Під час руху значна частина потужності двигуна витрачається на подолання опору повітря. Чим вища швидкість, тим вищий і опір (а значить і витрата палива). Тому якщо ви зменшите швидкість навіть на 10 км/год, заощадите до 1 л на 100 км. При цьому втрата часу буде несуттєвою. Втім, ця істина відома більшості водіїв. А ось інші "аеродинамічні" тонкощі відомі далеко не всім.

Витрата палива залежить від коефіцієнта лобового опору та площі поперечного перерізу автомобіля. Якщо ви думаєте, що ці параметри закладені на заводі, і автовласнику змінити їх не під силу, ви помиляєтеся! Змінити їх дуже нескладно, причому можна досягти як позитивного, і негативного ефекту.

Що збільшує витрати? Надмірно «з'їдає» паливо вантаж на даху. І навіть бокс обтічної форми відніматиме не менше літра на сотню. Нераціонально спалюють паливо відкриті під час руху вікна та люк. Якщо перевозите довгомірний вантаж із відкритим багажником - теж отримаєте перевитрату. Різні декоративні елементи типу обтічника на капоті («мухобійки»), «кенгурятника», антикрила та інших елементів доморощеного тюнінгу хоч і принесуть естетичну насолоду, але змусять вас додатково розщедритися. Загляньте під днище - за все, що провисає і виглядає нижче лінії порога, доведеться доплачувати. Навіть така дрібниця, як відсутність пластикових ковпаківна сталевих дисках, Підвищує витрати. Кожен перерахований чинник чи деталь окремо збільшують витрата трохи – від 50 до 500 р на 100 км. Але якщо все підсумовувати, «набіжить» знову ж таки близько літра на сотню. Ці розрахунки справедливі для малолітражних автомобілівза швидкості 90 км/год. Власники великих автомобілів та любителі найближчих швидкостей робіть поправку у бік збільшення витрати.

Якщо виконати всі перераховані вище умови, ми зможемо уникнути зайвих витрат. Чи можна ще знизити втрати? Можна, можливо! Але це вимагатиме проведення невеликого зовнішнього тюнінгу(Йдеться, звичайно, про професійно виконані елементи). Передній аеродинамічний обвісне дає повітряному потоку «вриватися» під днище автомобіля, накладки порогів прикривають частину коліс, що виступає, спойлер перешкоджає утворенню завихрень за «кормою» автомобіля. Хоча спойлер, як правило, вже включений у конструкцію кузова сучасного автомобіля.

Тож отримувати економію з повітря – цілком реально.

Відколи перша людина зміцнила на кінці списа заточений камінь, люди завжди намагаються знайти найкращу формупредметів, що рухаються у повітряному середовищі. Але автомобіль виявився дуже складною аеродинамічною головоломкою.

Основи тягових розрахунків руху автомобілів дорогами пропонують нам чотири основні сили, що діють на автомобіль під час руху: опір повітря, опір коченню, опір підйому та інерційні сили. При цьому зазначається, що основними є лише дві перші. Сила опору коченню автомобільного колесав основному залежить від деформації шини та дороги в зоні контакту. Але вже за швидкості руху 50-60 км/год сила опору повітря перевищує будь-яку іншу, але в швидкостях понад 70-100 км/год перевищує їх разом узяті. Щоб довести це твердження, необхідно навести таку наближену формулу: Px=Cx*F*v2, де: Px – сила опору повітря; v – швидкість автомобіля (м/сек); F – площа проекції автомобіля на площину, перпендикулярну до поздовжньої осі автомобіля, або площа найбільшого поперечного перерізу автомобіля, тобто лобова площа (м2); Cx – коефіцієнт опору повітря (коефіцієнт обтічності). Зверніть увагу. Швидкість у формулі стоїть у квадраті, і це означає, що при її збільшенні, наприклад, удвічі сила опору повітря збільшується вчетверо.

При цьому витрати потужності, необхідні для її подолання, виростають у вісім разів! У гонках Nascar, де швидкості зашкалюють за позначку 300 км/год, експериментальним шляхом встановлено, що для збільшення максимальної швидкостівсього на 8 км/год необхідно підвищити потужність двигуна на 62 кВт (83 л. с.) або зменшити Cx на 15%. Є й інший шлях – зменшити лобову площу автомобіля. Багато швидкісних суперкарів значно нижче звичайних автомобілів. Це і є ознакою робіт зі зниження лобової площі. Однак робити цю процедуру можна до певних меж, інакше таким автомобілем неможливо буде користуватися. З цієї та інших причин обтічність є одним з основних питань, що виникають під час проектування автомобіля. Звичайно, на силу опору впливають не лише швидкість автомобіля та його геометричні показники. Наприклад, що стоїть щільність повітряного потоку, то більше вписувалося опір. У свою чергу щільність повітря залежить від його температури і висоти над рівнем моря. При підвищенні температури щільність повітря (отже, і його в'язкість) збільшується, а високо в горах повітря більш розріджене, і його щільність нижче, і так далі. Таких нюансів безліч.

Але повернемося до форми автомобіля. Який предмет має найкращу обтічність? Відповідь це питання відомий практично будь-якому школяру (хто спав під час уроків фізики). Крапля води, що падає вниз, набуває форми, найбільш прийнятної з точки зору аеродинаміки. Тобто округла фронтальна поверхня і довга задня частина, що плавно звужується (краще співвідношення - довжина в 6 разів більше ширини). Коефіцієнт опору – величина експериментальна. Чисельно він дорівнює силі опору повітря в ньютонах, що створюється за його руху зі швидкістю 1 м/с на 1 м2 лобової площі. За одиницю відліку прийнято вважати Cx плоскої пластини = 1. Так от, у краплі води Cx = 0,04. А тепер уявіть собі автомобіль такої форми. Нонсенс, чи не так? Мало того, що така штуковина на колесах виглядатиме дещо карикатурно, використовувати цей автомобіль за призначенням буде не дуже зручно. Тому конструктори змушені шукати компроміс між аеродинамікою автомобіля та зручністю його використання. Постійні спроби знизити коефіцієнт повітряного опору призвели до того, що деякі сучасні автомобілі Cx = 0,28-0,25. Ну а швидкісні рекордні автомобіліможуть похвалитися Cx = 0,2-0,15.

Сили опору

Тепер необхідно трохи розповісти про властивості повітря. Як відомо, будь-який газ складається із молекул. Вони перебувають у постійному русі та взаємодії друг з одним. Виникають звані сили Ван-дер-Ваальса – сили взаємного тяжіння молекул, що перешкоджають їх переміщенню одне щодо одного. Деякі з них починають сильніше прилипати до решти. А зі збільшенням хаотичного руху молекул зростає ефективність впливу одного шару повітря на інший, зростає в'язкість. А відбувається це за рахунок підвищення температури повітря, причому це може бути викликане як прямим нагріванням від сонця, так і непрямим від тертя повітря про якусь поверхню або просто його шари між собою. Ось тут впливає швидкість переміщення. Для того щоб зрозуміти, як це відбивається на автомобілі, достатньо спробувати змахнути рукою з відкритою долонею. Якщо робити це повільно, нічого не відбувається, але якщо змахнути рукою сильніше, долоня вже явно сприймає певний опір. Але це лише одна складова.

Коли повітря рухається над деякою нерухомою поверхнею (наприклад, кузовом автомобіля), самі сили Ван-дер-Ваальса сприяють тому, що найближчий шар молекул починає прилипати вже до неї. І цей "прилиплий" шар гальмує вже наступний. І так шар за шаром і тим швидше рухаються молекули повітря, чим далі вони знаходяться від нерухомої поверхні. Зрештою їхня швидкість урівнюється зі швидкістю основного повітряного потоку. Шар, у якому частинки рухаються повільно, називається прикордонним, і з'являється він будь-якої поверхні. Чим більше значення поверхневої енергії у матеріалу покриття автомобіля, тим сильніше його поверхня взаємодіє на молекулярному рівні з навколишнім повітряним середовищем і тим більше енергії необхідно витратити на руйнування цих сил. Тепер, спираючись на вищеописані теоретичні викладки, можна сказати, що опір повітря – це не просто вітер, що б'є лобове скло. Цей процес має більше складових.

Опір форми

Це найзначніша частина – до 60% усіх аеродинамічних втрат. Часто вона називається опором тиску чи лобовим опором. Під час руху автомобіль стискає потік повітря, що набігає на нього, і долає зусилля на те, щоб розсунути молекули повітря. Внаслідок цього виникає зона підвищеного тиску. Далі повітря обтікає поверхню автомобіля. У процесі чого відбувається зрив повітряних струменів із заснуванням завихрень. Остаточний зрив повітряного потоку у задній частині автомобіля створює зону зниженого тиску. Опір спереду та всмоктувальний ефект позаду автомобіля створюють дуже серйозну опір. Цей факт зобов'язує дизайнерів та конструкторів шукати шляхи з надання кузову. Розкласти по полицях.

Тепер необхідно розглянути форму автомобіля, що називається, "від бампера до бампера". Які з деталей та елементів мають більший вплив на загальну аеродинаміку машини. Передня частина кузова. Експериментами в аеродинамічній трубі було встановлено, що для кращої аеродинаміки передня частина кузова повинна бути низькою, широкою і не мати гострих кутів. У цьому випадку не відбувається відриву повітряного потоку, що дуже благотворно позначається на обтічності автомобіля. Решітка радіатора - елемент часто не тільки функціональний, а й декоративний. Адже радіатор і двигун повинні мати ефективне обдування, тому цей елемент має дуже велике значення. Деякі автоконцерни вивчають ергономіку та розподіл повітряних потоків у підкапотному просторі так само серйозно, як і загальну аеродинаміку автомобіля. Нахил вітрового скла – дуже яскравий приклад компромісу обтічності, ергономіки та експлуатаційних якостей. Недостатній його нахил створює зайвий опір, а надмірний - збільшує запиленість і масу самого скла, в сутінках різко падає оглядовість, потрібно збільшити розміри склоочисника і т. д. Перехід від скла до боковини має здійснюватися плавно.

Але не можна захоплюватися зайвою кривизною скла – це може збільшити спотворення та погіршити видимість. Вплив стійки вітрового скла на аеродинамічний опір дуже залежить від положення та форми вітрового скла, а також від форми передка. Але, працюючи над формою стійки, не можна забувати про захист переднього бічного скла від попадання дощової води та бруду, що здувається з вітрового скла, підтримці прийнятного рівня зовнішнього аеродинамічного шуму та ін. Дах. Збільшення опуклості даху може призвести до зменшення коефіцієнта аеродинамічного опору. Але значне збільшення опуклості може конфліктувати із загальним дизайном автомобіля. Крім того, якщо збільшення опуклості супроводжується одночасним збільшенням площі лобового опору, сила опору повітря зростає. А з іншого боку, якщо спробувати зберегти початкову висоту, то вітрове та заднє скло повинні будуть впроваджуватися в дахи, оскільки оглядовість погіршуватися не повинна. Це призведе до подорожчання скла, зменшення ж сили опору повітря в цьому випадку не таке значне.

Бічні поверхні. З точки зору аеродинаміки автомобіля бічні поверхні надають не великий впливстворення безвихрового потоку. Але заокруглювати їх надто не можна. Інакше важко буде забиратися до такого автомобіля. Скло має по можливості складати єдине ціле з бічною поверхнею і розташовуватися на одній лінії із зовнішнім контуром автомобіля. Будь-які сходи та перемички створюють додаткові перешкоди для проходження повітря, з'являються небажані завихрення. Можна помітити, що ринви, які раніше були присутні практично на будь-якому автомобілі, вже не використовуються. З'явилися інші конструктивні рішення, що не мають такого великого впливу на аеродинаміку автомобіля.

Задня частина автомобіля має, мабуть, найбільший вплив на коефіцієнт обтічності. Пояснюється це просто. У задній частині повітряний потік відривається та утворює завихрення. Задню частину автомобіля практично неможливо зробити такою ж обтічною, як дирижабль (довжина в 6 разів більша за ширину). Тому над її формою працюють ретельніше. Один із основних параметрів – кут нахилу задньої частини автомобіля. Вже хрестоматійним став приклад російського автомобіля"Москвич-2141", де саме невдале рішення задньої частини значно погіршило загальну аеродинаміку автомобіля. Але, з іншого боку, заднє скло "москвича" завжди залишалося чистим. Знову компроміс. Саме тому так багато додаткових навісних елементів робиться саме на задню частину автомобіля: антикрила, спойлери і т. д. Поряд з кутом нахилу задньої частини коефіцієнт аеродинамічного опору сильно впливає оформлення і форма бічної кромки задньої частини автомобіля. Наприклад, якщо подивитися практично на будь-який сучасний автомобіль зверху, відразу видно, що кузов спереду ширший, ніж ззаду. Це також аеродинаміка. Днище автомобіля.

Як може здатися спочатку, ця частина кузова не може вплинути на аеродинаміку. Але тут виникає такий аспект, як притискна сила. Від неї залежить стійкість автомобіля і те, наскільки правильно організований потік повітря під дном автомобіля, залежить в результаті сила його "прилипання" до дороги. Тобто якщо повітря під автомобілем не затримується, а протікає швидко, то знижений тиск, що виникає там, буде притискати автомобіль до дорожнього полотна. Особливо це важливо для звичайних автомобілів. Справа в тому, що у гоночних машин, які змагаються на якісних, рівних покриттях, можна встановити настільки малий кліренс, що почне виявлятись ефект "земної подушки", при якому притискна сила збільшується, а лобовий опір зменшується. Для нормальних автомобілівнизький дорожній просвітнеприйнятний. Тому конструктори останнім часом намагаються якнайбільше згладити днище автомобіля, закрити щитками такі нерівні елементи, як вихлопні труби, важелі підвіски і т. д. До речі, колісні ніші дуже впливають на аеродинаміку автомобіля. Неправильно спроектовані ніші можуть створювати додаткову підйомну силу.

І знову вітер

Немає необхідності говорити про те, що від обтічності автомобіля залежить необхідна потужність двигуна, отже, і витрата палива (тобто гаманець). Однак аеродинаміка впливає не лише на швидкість та економічність. Не останнє місце займають завдання щодо забезпечення гарної курсової стійкості, керованість автомобіля та зниження шумів при його русі. З шумами все ясно: чим краще обтічність автомобіля, якість поверхонь, чим менша величина зазорів і кількість виступаючих елементів тощо, тим менше шуми. Конструкторам доводиться думати і про такий аспект, як момент, що розвертає. Цей ефект добре відомий більшості водіїв. Хто хоч раз проїжджав на великої швидкостіповз "фуру" або просто їздив при сильному бічному вітрі, повинен був відчути появу крену або навіть невелике розгортання автомобіля. Немає сенсу пояснювати цей ефект, але це проблема аеродинаміки.

Ось чому коефіцієнт Cx не єдиний. Адже повітря може впливати на автомобіль не тільки "в лоб", а й під різними кутами та в різних напрямках. І все це впливає на керованість та безпеку. Це лише кілька основних аспектів, що впливають на загальну силу опору повітря. Прорахувати всі параметри неможливо. Існуючі формули не дають повної картини. Тому конструктори досліджують аеродинаміку автомобіля та коригують його форму за допомогою такого дорогого інструменту, як аеродинамічна труба. Західні фірми не шкодують грошей на їхнє будівництво. Вартість таких дослідних центрів може обчислюватись мільйонами доларів. Наприклад: концерн Daimler-Chrysler вклав $37,5 млн. у створення спеціалізованого комплексу для вдосконалення аеродинаміки своїх автомобілів. В даний час аеродинамічна труба - найбільш значущий інструмент дослідження сил опору повітря, що впливають на автомобіль.

Жодна машина не пройде крізь цегляну стіну, але щодня проходить через стіни з повітря, у якого теж є щільність.

Ніхто не сприймає повітря чи вітер як стіну. на низьких швидкостяхУ безвітряну погоду важко помітити, як потік повітря взаємодіє з транспортним засобом. Але на високій швидкості, при сильному вітрі, Опір повітря (сила, що впливає на об'єкт, що рухається по повітрю - також визначається як опір) сильно впливає на те, як машина прискорюється, наскільки керована, як витрачає паливо.

Тут у гру вступає наука аеродинаміка, що вивчає сили, що утворюються внаслідок руху об'єктів у повітрі. Сучасні автомобілі розробляються з урахуванням аеродинаміки. Автомобіль із гарною аеродинамікою проходить крізь стіну повітря як ніж по маслу.

За рахунок низького опору повітряному потоку, такий автомобіль краще прискорюється і краще витрачає паливо, оскільки двигуну не доводиться витрачати зайві сили на те, щоб "проштовхнути" машину крізь повітряну стіну.

Щоб покращити аеродинаміку автомобіля, форму кузова закруглюють, щоб повітряний канал обтікав авто з найменшим опором. У спорткарів форма кузова спроектована так, щоб спрямовувати потік повітря переважно по нижній частині, далі зрозумієте чому. Ще на багажник машини ставлять антикрило чи спойлер. Антикрило притискає задню частину автомобіля запобігаючи підйому задніх коліс, через сильний поток повітря, коли той рухається на великій швидкості, що робить машину стійкішою. Не всі антикрила однакові і не всі застосовують за призначенням, деякі є лише елементом автомобільного декору не виконує пряму функцію аеродинаміки.

Наука аеродинаміка

Перш ніж говорити про автомобільну аеродинаміку, пройдемося з основ фізики.

Під час руху об'єкта через атмосферу, він витісняє навколишнє повітря. Об'єкт також піддається силі тяжіння та опору. Опір генерується, коли твердий об'єкт рухається в рідкому середовищі - воді чи повітрі. Опір збільшується разом із швидкістю об'єкта - що швидше він переміщається у просторі, то більший опір відчуває.

Ми вимірюємо рух об'єкта факторами, описаними в законах Ньютона - маса, швидкість, вага, зовнішня сила та прискорення.

Опір прямо впливає прискорення. Прискорення (а) об'єкта = його вага (W) мінус опір (D), поділений на масу (m). Нагадаємо, що вага – це добуток маси тіла на прискорення вільного падіння. Наприклад, на Місяці вага людини зміниться через відсутність сили тяжіння, але маса залишиться незмінною. Простіше кажучи:

Коли об'єкт прискорюється, швидкість і опір зростають до кінцевої точки, в якій опір стає рівним вагою - об'єкт більше не прискориться. Уявімо, що наш об'єкт у рівнянні - автомобіль. Коли автомобіль рухається все швидше і швидше, все більше повітря опирається його руху, обмежуючи машину граничним прискоренням при певній швидкості.

Підходимо до найважливішого числа - коефіцієнта аеродинамічного опору. Це один із основних факторів, який визначає, як легко об'єкт рухається крізь повітря. Коефіцієнт лобового опору (Cd) розраховується за такою формулою:

Cd = D / (A * r * V / 2)

Де D – це опір, A – площа, r – щільність, V – швидкість.

Коефіцієнт аеродинамічного опору в автомобілі

Розібралися в тому, що коефіцієнт лобового опору (Cd) є величиною, яка вимірює силу опору повітря, застосовану до об'єкта, наприклад, до автомобіля. Тепер уявіть, що сила повітря тисне на автомобіль у міру його пересування дорогою. На швидкості 110 км/год на нього впливає сила в чотири рази більша, ніж на швидкості 55 км/год.

Аеродинамічні можливості автомобіля вимірюються коефіцієнтом аеродинамічного опору. Чим менший показник Cd, тим краще аеродинаміка автомобіля, і тим легше він пройде крізь стіну повітря, яка тисне на нього з різних боків.

Розглянемо показники Cd. Пам'ятаєте незграбні квадратні Volvo з 1970-х, 80-х років? У старого седана Volvo 960 Коефіцієнт лобового опору 0.36. У нових Volvoкузови плавні та гладкі, завдяки цьому коефіцієнт досягає 0.28. Більш плавні та обтічні форми показують кращу аеродинаміку, ніж незграбні та квадратні.

Причини, з яких аеродинаміка любить гладкі форми

Згадаймо найаеродинамічнішу річ у природі – сльозу. Сльоза кругла та гладка з усіх боків, а у верхній частині звужується. Коли сльоза капає вниз, повітря легко та плавно її обтікає. Також з автомобілями - гладкою, округлою поверхнею повітря тече вільно, скорочуючи опір повітря руху об'єкта.

Сьогодні більшість моделей середній коефіцієнт опору 0.30. У позашляховиків коефіцієнт лобового опору від 0,30 до 0,40 і більше. Причина високого коефіцієнта у габаритах. Ленд Крузери та Гелендвагени вміщують більше пасажирів, у них більше вантажного місцяВеликі радіаторні решітки, щоб охолодити двигун, звідси і квадратно-подібний дизайн. У пікапів, дизайн яких доцільно квадратний Cd більше, ніж 0.40.

Дизайн кузова спірний, але у машини показова аеродинамічна форма. Коефіцієнт лобового опору Toyota Prius 0.24, тому показник витрати палива у машини низький не лише через гібридну силову установку. Запам'ятайте, що мінус 0,01 в коефіцієнті скорочують витрату палива на 0,1 л на 100 км шляху.

Моделі з поганим показником аеродинамічного опору:

Моделі з добрим показником аеродинамічного опору:

Методи покращення аеродинаміки відомі давно, але потрібно багато часу, щоб автовиробники почали користуватися ними при створенні нових транспортних засобів.

У моделей перших автомобілів, що з'явилися, немає нічого спільного з поняттям аеродинаміки. Погляньте на Модель T компанії Ford – машина більше схожа на кінський візок без коня – переможець у конкурсі квадратного дизайну. Правду сказати, більшість моделей - першопрохідників і не потребували аеродинамічного дизайну, так як їздили повільно, з такою швидкістю не було чому чинити опір. Однак гоночні машини початку 1900-х років потроху звужувалися, щоб за рахунок аеродинаміки перемагати у змаганнях.

В 1921 німецький винахідник Едмунд Румплер створив Rumpler-Tropfenauto, що в перекладі з німецької означає «автомобіль - сльоза». Створений за образом аеродинамічної форми в природі, форми сльози, у цієї моделі коефіцієнт лобового опору був 0.27. Дизайн Rumpler-Tropfenauto так і не знайшов визнання. Румплер встиг створити лише 100 одиниць Rumpler-Tropfenauto.

В Америці стрибок в аеродинамічному дизайні здійснили у 1930 році, коли вийшла. модель Chrysler Airflow. Натхненні польотом птахів інженери зробили Airflow з урахуванням аеродинаміки. Для покращення керованості вага машини рівномірно розподілили між передньою та задньою осями – 50/50. Стомлене від Великої депресії суспільство так і не прийняло нетрадиційну зовнішність Chrysler Airflow. Модель вважали провальною, хоча обтічний дизайн Chrysler Airflow був далеко попереду свого часу.

У 1950-х та 60-х роках відбулися найбільші досягнення в галузі автомобільної аеродинаміки, які прийшли з гоночного світу. Інженери почали експериментувати з різними формами кузова, знаючи, що обтічна форма прискорить автомобілі. Так народилася форма гоночного боліда, що збереглася донині. Передні та задні спойлери, носи у формі лопати, аерокомплекти служили однієї мети, направити потік повітря через дах і створити необхідну притискну силу на передні та задні колеса.

Успіху експериментів сприяла аеродинамічна труба. У наступній частині нашої статті розповімо, навіщо вона потрібна і чому важлива в проектуванні дизайну автомобіля.

Вимір опору в аеродинамічній трубі

Для вимірювання аеродинамічної ефективності автомобіля інженери запозичили інструмент з авіаційної промисловості - аеродинамічну трубу.

Аеродинамічна труба - це тунель з потужними вентиляторами, які створюють повітряний потік над об'єктом, що знаходиться всередині. Автомобіль, літак, або ще щось, чиє опір повітря вимірюють інженери. З приміщення за тунелем науковці спостерігають за тим, як повітря взаємодіє з об'єктом і як поводяться повітряні потоки на різних поверхнях.

Автомобіль або літак усередині аеродинамічної труби не рухається, але для імітації реальних умов вентилятори подають потік повітря з різною швидкістю. Іноді реальні авто навіть не заганяють у трубу – дизайнери часто покладаються на точні моделі, що створюються з глини чи іншої сировини. Вітер обдуває автомобіль в аеродинамічній трубі, а комп'ютери розраховують коефіцієнт аеродинамічного опору.

Аеродинамічні труби використовують ще з кінця 1800-х років, коли намагалися створити літак та вимірювали у трубах вплив повітряного потоку. Навіть у братів Райт була така труба. Після Другої світової війни інженери гоночних автомобілів, у пошуках переваги над конкурентами, стали застосовувати аеродинамічні труби для оцінки ефективності аеродинамічних елементів моделей, що розробляються. Пізніше ця технологія проклала собі шлях у світ пасажирських авто та вантажівок.

За останні 10 років великі аеродинамічні труби вартістю в кілька мільйонів доларів США застосовують все рідше і рідше. Комп'ютерне моделювання потроху витісняє цей спосіб тестування аеродинаміки автомобіля (детальніше). Аеродинамічні труби запускають тільки, щоб переконатися, що комп'ютерне моделювання не має жодних прорахунків.

В аеродинаміці більше понять, ніж тільки опір повітря - є ще фактори підйомної і притискної сили. Підйомна сила (або ліфт) - це сила, що працює проти ваги об'єкта, що піднімає та утримує об'єкт у повітрі. Притискна сила - протилежність ліфта - це сила, яка притискає об'єкт до землі.

Той, хто вважає, що коефіцієнт аеродинамічного опору гоночних автомобілів Формули 1, що розвивають 320 км/год, низький, помиляється. У типового гоночного боліда Формули 1 коефіцієнт аеродинамічного опору близько 0.70.

Причина підвищеного коефіцієнта опору повітрям гоночних болідів Формули 1 у тому, що ці машини спроектовані так, щоб створювати якнайбільше притискної сили. З тією швидкістю, з якою боліди пересуваються, з їхньою надзвичайно легкою вагою, вони починають відчувати ліфт на великих швидкостях- фізика змушує їх підніматися у повітря як літак. Автомобілі не створені, щоб літати (хоча стаття - автомобіль-трансформер, що літає, стверджує зворотне), і якщо транспортний засіб починає підніматися в повітря, то чекати можна тільки одного - руйнівної аварії. Тому притискна сила повинна бути максимальною, щоб утримати автомобіль на землі при високих швидкостях, а значить коефіцієнт аеродинамічного опору повинен бути більшим.

Високу притискну силу боліди Формули 1 домагаються за допомогою на передній і задній частині транспортного засобу. Ці крила направляють потоки повітря так, що притискають автомобіль до землі - та сама притискна сила. Тепер можна спокійно збільшувати швидкість та не втрачати її на поворотах. При цьому притискна сила повинна бути ретельно збалансована з ліфтом, щоб автомобіль набирав потрібну прямолінійну швидкість.

Багато серійних автомобілів мають аеродинамічні доповнення для створення притискної сили. преса розкритикувала за зовнішність Спірний дизайн. А все тому, що весь кузов GT-Rспроектований так, щоб направити потік повітря над автомобілем і назад через задній овальний спойлер, створюючи велику притискну силу. Про красу машини ніхто не подумав.

Поза трасою Формули 1, антикрила часто зустрічаються на серійних автомобілях, наприклад, на седанах компаній Toyotaта Honda. Іноді ці елементи дизайну додають трохи стійкості на високих швидкостях. Наприклад, на першому Audi TT спочатку не було спойлера, але компанії Audiдовелося його додати, коли з'ясувалося, що округлі форми TT і легка вага створювали занадто багато підйомної сили, що робило машину нестійкою на швидкості вище 150 км/год.

Але якщо машина не Audi TT, не спортивний болід, не спорткар, а звичайний сімейний седан або хетчбек, установка спойлера нема до чого. Керованості на такому автомобілі спойлер не покращить, тому що у "сімейника" отже висока притискна сила через високий Cx, а швидкості вище 180 на ньому не вичавиш. Спойлер на звичайному автоможе стати причиною надмірної повертаності чи навпаки, небажання входити у повороти. Однак якщо вам також здається, що гігантський спойлер Honda Civicстоїть на своєму місці, не дозволяйте нікому переконати вас у цьому.

У багатьох галузях науки і техніки, які пов'язані зі швидкістю, часто виникає необхідність розрахунку сил, які діють об'єкт. Сучасний автомобіль, винищувач, підводний човен або швидкісний електропоїзд - всі вони зазнають впливу аеродинамічних сил. Точність визначення величини цих сил безпосередньо впливає на технічні характеристикизазначених об'єктів та їх здатність виконувати ті чи інші завдання. У випадку сили тертя визначають рівень потужності рухової установкиа поперечні сили впливають на керованість об'єкта.

При традиційній схемі проектування визначення сил використовуються продування в аеродинамічних трубах (як правило, зменшених моделей), випробування в басейнах і натурні випробування. Однак усі експериментальні дослідження – це досить дорогий спосіб здобуття подібних знань. Для того, щоб випробувати модельний пристрій, необхідно спочатку його виготовити, потім скласти програму випробувань, підготувати стенд і провести серію вимірів. При цьому здебільшого на достовірність результатів випробувань впливатимуть припущення, спричинені відступом від реальних умов експлуатації об'єкта.

Експеримент чи розрахунок?

Розглянемо докладніше причини розбіжності результатів експериментів із реальною поведінкою об'єкта.

При дослідженні моделей в умовах обмеженого простору, наприклад в аеродинамічних трубах, граничні поверхні істотно впливають на структуру течії біля об'єкта. Зменшення масштабу моделі дозволяє вирішити цю проблему, проте при цьому слід враховувати зміну числа Рейнольдса (так званий масштабний ефект).

В окремих випадках спотворення можуть бути викликані принциповою невідповідністю реальних умов обтікання тіла та моделюються в трубі. Наприклад, при продуванні швидкісних автомобілів або поїздів відсутність в аеродинамічній трубі рухомої горизонтальної поверхні серйозно змінює загальну картину обтікання, а також впливає на баланс аеродинамічних сил. Цей ефект пов'язаний із наростанням прикордонного шару.

Способи вимірювання також вносять похибки вимірювані величини. Неправильна схема розміщення датчиків на об'єкті або неправильна орієнтація їх робочих частин може призвести до отримання некоректних результатів.

Прискорення проектування

В даний час провідні галузеві компанії на етапі ескізного проектування широко використовують технології комп'ютерного моделювання CAE. Це дозволяє розглянути більше варіантів при пошуку оптимальної конструкції.

Сучасний рівень розвитку програмного комплексу ANSYS CFX значно розширює сферу його застосування: від моделювання ламінарних течій до турбулентних потоків із сильною анізотропією параметрів.

Широкий набірвикористовуваних моделей турбулентності включає традиційні моделі RANS (Reynolds Averaged Navie-Stoks), які мають найкращим співвідношенням"швидкість-точність", модель турбулентності SST (Shear Stress Transport) (двошарова модель Ментера), що вдало поєднує в собі переваги моделей турбулентності "k-e" і "k-w". Для потоків із розвиненою анізотропією більше підходять моделі RSM (Reynolds Stress Model) типу. Прямий розрахунок параметрів турбулентності за напрямками дає змогу точніше визначати характеристики вихрового руху потоку.

В окремих випадках рекомендується застосовувати моделі, побудовані на вихрових теоріях: DES (Detachable Eddy Simulation) та LES (Large Eddy Simulation). Спеціально для випадків, де особливо важливим є облік процесів ламінарно-турбулентного переходу, розроблена модель Transition Turbulence Model, створена на основі SST-технології, що добре зарекомендувала себе. Модель пройшла велику програму тестування на різних об'єктах (від лопаткових машин до пасажирських літаків) та показала чудову кореляцію з експериментальними даними.

Авіація

Створення сучасних бойових і цивільних літаків неможливе без глибокого аналізу всіх його характеристик на початковому етапі проектування. Від ретельного опрацювання форми несучих поверхонь та обводів безпосередньо залежить економічність літака, його швидкість та маневреність.

Сьогодні всі великі літакобудівні компанії тією чи іншою мірою застосовують комп'ютерний аналіз розробки нових виробів.

Великі можливості аналізу складних течій відкриває перед дослідниками перехідна модель турбулентності, яка коректно аналізує режими течії, близькі до ламінарним, течії з розвиненими зонами відриву і приєднання потоку. Це ще більше скорочує різницю між результатами чисельних розрахунків та реальною картиною течії.

Автомобілебудування

Сучасний автомобіль повинен мати підвищену економічність при високій ефективності використання потужності. І звичайно, основними визначальними компонентами є двигун та кузов.

Для забезпечення ефективності всіх систем двигуна провідні західні компаніївже давно використовують технології комп'ютерного моделювання. Наприклад, компанія Robert Bosch Gmbh (Німеччина), виробник широкого спектру вузлів для сучасних дизельних автомобілів, під час розробки системи подачі палива Common Railвикористовувала ANSYS CFX (для удосконалення характеристик упорскування).

Компанія BMW, двигуни якої вже кілька років поспіль завойовують звання «Найкращий двигун року» (International Engine of the Year), застосовує ANSYS CFX для моделювання процесів у камерах згоряння ДВЗ.

Зовнішня аеродинаміка є також засобом підвищення ефективності використання потужності двигуна. Зазвичай йдеться не лише про зниження коефіцієнта опору, а й про баланс притискної сили, необхідний будь-якому швидкісному автомобілю.

Як граничне вираження цих характеристик виступають гоночні автомобілі. різних класів. Усі без винятку учасники чемпіонату F1 використовують комп'ютерний аналіз аеродинаміки своїх болідів. Спортивні досягнення наочно доводять переваги цих технологій, багато з яких вже застосовуються і при створенні серійних автомобілів.

У Росії піонером у цій галузі є команда Active-Pro Racing: гоночний автомобількласу "Формула-1600" розвиває швидкість понад 250 км/год і є вершиною російського кільцевого автоспорту. Використання комплексу ANSYS CFX (рис. 4) для проектування нового аеродинамічного оперення боліду дозволило значно скоротити кількість варіантів конструкції під час пошуку оптимального рішення.

Порівняння розрахункових даних та результатів продувок в аеродинамічній трубі показало очікувану різницю. Вона пояснюється нерухомою підлогою в трубі, яка викликала зростання товщини прикордонного шару. Тому аеродинамічні елементи, розташовані досить низько, працювали в незвичних собі умовах.

Однак комп'ютерна модель повністю відповідала реальним умовам руху, що дозволило значно покращити ефективність оперення боліду.

Будівництво

Сьогодні архітектори більш вільно підходять до зовнішньому виглядупроектованих будівель, ніж 20 чи 30 років тому. Футуристичні твори сучасних архітекторів, зазвичай, мають складні геометричні форми, котрим невідомі значення аеродинамічних коефіцієнтів (необхідних призначення розрахункових вітрових навантажень на несучі конструкції).

У цьому випадку для отримання аеродинамічних характеристик будівлі (і силових факторів впливу), крім традиційних випробувань в аеродинамічних трубах, все частіше використовуються засоби CAE. Приклад такого розрахунку ANSYS CFX показаний на рис. 5.

Крім того, ANSYS CFX традиційно використовується для моделювання систем вентиляції та опалення виробничих приміщень, адміністративних будівель, офісних та спортивно-розважальних комплексів.

Для аналізу температурного режиму та характеру повітряних потоків у приміщенні льодової арени СК «Крилатське» (м. Москва) інженери Olof Granlund Oy (Фінляндія) використовували програмний комплекс ANSYS CFX. Трибуни стадіону вміщують близько 10 тис. глядачів, а теплове навантаження від них може становити більше 1 МВт (з розрахунку 100-120 Вт/чол). Для порівняння: щоб нагріти 1 л води від 0 до 100 ° С потрібно трохи більше 4 кВт енергії.

Мал. 5. Розподіл тиску поверхні споруд

Підбиваючи підсумки

Як можна бачити, обчислювальні технології в аеродинаміці досягли такого рівня, про який ми могли лише мріяти 10 років тому. У той же час не варто протиставляти комп'ютерне моделювання експериментальним дослідженням – набагато краще, якщо ці методи доповнюватимуть один одного.

Комплекс ANSYS CFX дозволяє інженерам вирішувати такі складні завдання, як, наприклад, визначення деформацій конструкції при впливі на неї аеродинамічних навантажень. Це сприяє коректнішій постановці багатьох завдань як внутрішньої, так і зовнішньої аеродинаміки: від завдань флаттера лопаткових машин до вітрового та хвильового впливу на морські споруди.

Всі розрахункові можливості комплексу ANSYS CFX доступні і серед ANSYS Workbench.