როგორ გამოვთვალოთ მანქანის მოდელი ქარის გვირაბისთვის. როგორ მუშაობს: ქარის გვირაბის მოდელები

ყველამ იცის, რა არის აეროდინამიკა მანქანისთვის. რაც უფრო გამარტივებულია მისი სხეული, მით ნაკლებია მოძრაობის წინააღმდეგობა და საწვავის მოხმარება. ასეთი მანქანა არა მხოლოდ დაზოგავს ფულს, არამედ ნაკლებ ნაგავს დაყრის გარემოში. პასუხი მარტივია, მაგრამ შორს არის სრული. აეროდინამიკის სპეციალისტები, რომლებიც ასრულებენ ახალი მოდელის კორპუსს, ასევე:

• გამოთვალეთ განაწილება ლიფტის ღერძების გასწვრივ, რაც ძალიან მნიშვნელოვანია თანამედროვე მანქანების მნიშვნელოვანი სიჩქარის გათვალისწინებით,
• უზრუნველყოს ჰაერის წვდომა ძრავისა და მუხრუჭების გაგრილებისთვის,
• იფიქრეთ სამგზავრო განყოფილების სავენტილაციო სისტემისთვის ჰაერის შეყვანისა და გამოსვლის ადგილებზე,
• შეეცადეთ შეამციროთ ხმაურის დონე სალონში,
• სხეულის ნაწილების ფორმის ოპტიმიზაცია, რათა შემცირდეს მინის, სარკეების და განათების მოწყობილობების დაბინძურება.

უფრო მეტიც, ერთი ამოცანის გადაწყვეტა ხშირად ეწინააღმდეგება მეორის განხორციელებას. მაგალითად, წევის კოეფიციენტის შემცირება აუმჯობესებს გამარტივებას, მაგრამ ამავდროულად აფერხებს მანქანის წინააღმდეგობას ქარის ნაკადის მიმართ. ამიტომ, ექსპერტებმა უნდა მოიძიონ გონივრული კომპრომისი.

შემცირებული წევა

რაზეა დამოკიდებული წევის ძალა? მასზე გადამწყვეტი გავლენა აქვს ორ პარამეტრს - აეროდინამიკური წევის კოეფიციენტი Cx და ავტომობილის კვეთის ფართობი (შუა გემი). თქვენ შეგიძლიათ შეამციროთ შუა განყოფილება სხეულის ქვედა და ვიწრო გაკეთებით, მაგრამ ასეთი მანქანის მყიდველი თითქმის არ არის. ამრიგად, მანქანის აეროდინამიკის გაუმჯობესების მთავარი მიმართულება არის სხეულის გარშემო ნაკადის ოპტიმიზაცია, სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, Cx-ის შემცირება. წევის კოეფიციენტი Cx არის განზომილებიანი სიდიდე, რომელიც განისაზღვრება ექსპერიმენტულად. თანამედროვე მანქანებისთვის ის 0.26-0.38 დიაპაზონშია. უცხოურ წყაროებში წევის კოეფიციენტს ზოგჯერ აღნიშნავენ Cd (წევის კოეფიციენტი). წვეთი ფორმის სხეული, რომლის Cx უდრის 0,04-ს, გააჩნია იდეალური გამარტივება. მოძრაობისას ის შეუფერხებლად წყვეტს ჰაერის დინებებს, რომლებიც შემდეგ შეუფერხებლად, შესვენების გარეშე იკეტება მის „კუდში“.

ჰაერის მასები განსხვავებულად იქცევა მანქანის მოძრაობისას. აქ ჰაერის წინააღმდეგობა შედგება სამი კომპონენტისგან:

• შიდა წინააღმდეგობა, როდესაც ჰაერი გადის ძრავის განყოფილებაში და სალონში,
• ჰაერის დინების ხახუნის წინააღმდეგობა სხეულის გარე ზედაპირებზე და
• წინააღმდეგობის ფორმა.

მესამე კომპონენტი ყველაზე დიდ გავლენას ახდენს მანქანის აეროდინამიკაზე. მოძრაობს, მანქანა კუმშავს მის წინ არსებულ ჰაერის მასებს, ქმნის გაზრდილი წნევის არეალს. ჰაერის ნაკადები მიედინება სხეულის ირგვლივ და იქ, სადაც ის მთავრდება, ჰაერის ნაკადი გამოიყოფა, იქმნება ტურბულენტობა და შემცირებული წნევის არეალი. ამრიგად, წინა მაღალი წნევის ზონა ხელს უშლის ავტომობილის წინსვლას, ხოლო დაბალი წნევის ზონა უკანა მხარეს „წოწავს“ მას უკან. მორევების ძალა და შემცირებული წნევის არეალის სიდიდე განისაზღვრება სხეულის უკანა ნაწილის ფორმით.

საუკეთესო აეროდინამიკურ შესრულებას აჩვენებენ მანქანები საფეხურიანი უკანა განყოფილებით - სედანები და კუპეები. ახსნა მარტივია - სახურავიდან ჩამოვარდნილი ჰაერის ნაკადი მაშინვე ეცემა საბარგულის სახურავს, სადაც ნორმალიზდება და ბოლოს კიდე ტყდება. გვერდითი ნაკადები ასევე მოდის საბარგულზე, რაც ხელს უშლის მანქანის უკან მავნე მორევების წარმოქმნას. ამიტომ, რაც უფრო მაღალი და გრძელია საბარგულის სახურავი, მით უკეთესია აეროდინამიკური შესრულება. დიდ სედანებსა და კუპეებზე ზოგჯერ შესაძლებელია სხეულის გარშემო უწყვეტი დინების მიღწევაც კი. უკანა ნაწილის ოდნავ შეკუმშვა ასევე ხელს უწყობს Cx-ის დაწევას. ღეროს კიდე კეთდება მკვეთრი ან მცირე გამონაზარდის სახით - ეს უზრუნველყოფს ჰაერის ნაკადის გამოყოფას ტურბულენტობის გარეშე. შედეგად, ვაკუუმის ფართობი მანქანის უკან მცირეა.

მანქანის ქვედა ნაწილი ასევე გავლენას ახდენს მის აეროდინამიკაზე. ამობურცული საკიდარი და გამონაბოლქვი სისტემის ნაწილები ზრდის წინააღმდეგობას. მის შესამცირებლად ცდილობენ ქვედა ნაწილის მაქსიმალურად გათლილობას ან ფარებით დაფარონ ყველაფერი, რაც ბამპერის ქვემოთ „გამოდის“. მცირე წინა სპოილერი ზოგჯერ დამონტაჟებულია. სპოილერი ამცირებს ჰაერის ნაკადს მანქანის ქვეშ. მაგრამ აქ მნიშვნელოვანია იცოდეთ როდის შეჩერდეთ. დიდი სპოილერი საგრძნობლად გაზრდის წინააღმდეგობას, მაგრამ ავტომობილი უკეთესი იქნება გზაზე "გადასულიყო". მაგრამ უფრო მეტი ამის შესახებ შემდეგ განყოფილებაში.

Downforce

როდესაც მანქანა მოძრაობს, მისი ფსკერის ქვეშ ჰაერის ნაკადი სწორი ხაზით მიდის, ნაკადის ზედა ნაწილი კი სხეულის ირგვლივ იხრება, ანუ გადის უფრო გრძელ გზას. ამიტომ, ზედა ნაკადის სიჩქარე უფრო მაღალია, ვიდრე ქვედა. და ფიზიკის კანონების მიხედვით, რაც უფრო მაღალია ჰაერის სიჩქარე, მით უფრო დაბალია წნევა. შესაბამისად, ქვედა ქვეშ იქმნება გაზრდილი წნევის არე, ზემოდან კი შემცირებული. ეს ქმნის ლიფტს. და მიუხედავად იმისა, რომ მისი ღირებულება მცირეა, უბედურება ის არის, რომ ის არათანაბრად ნაწილდება ღერძების გასწვრივ. თუ წინა ღერძი იტვირთება კაპოტზე და საქარე მინაზე დაჭერით, მაშინ უკანა ღერძი დამატებით იხსნება მანქანის უკან წარმოქმნილი ვაკუუმის ზონით. ამიტომ, სიჩქარის მატებასთან ერთად, სტაბილურობა იკლებს და მანქანა ცურვისკენ მიდრეკილია.

ჩვეულებრივი წარმოების მანქანების დიზაინერებს არ უწევთ რაიმე სპეციალური ზომების გამოგონება ამ ფენომენთან საბრძოლველად, რადგან ის, რაც კეთდება გამარტივების გასაუმჯობესებლად, ერთდროულად ზრდის ქვევით ძალას. მაგალითად, უკანა ნაწილის ოპტიმიზაცია ამცირებს ვაკუუმის ზონას მანქანის უკან და, შესაბამისად, ამცირებს ამწეობას. ქვედა ნაწილის ნიველირება არა მხოლოდ ამცირებს ჰაერის მოძრაობის წინააღმდეგობას, არამედ ზრდის ნაკადის სიჩქარეს და, შესაბამისად, ამცირებს წნევას მანქანის ქვეშ. ეს, თავის მხრივ, იწვევს აწევის შემცირებას. უკანა სპოილერი ასევე ემსახურება ორ დანიშნულებას. ეს არა მხოლოდ ამცირებს მორევის წარმოქმნას, აუმჯობესებს Cx-ს, არამედ ერთდროულად უბიძგებს მანქანას გზისკენ, ჰაერის ნაკადის გამო, რომელიც მას მოგერიებს. ზოგჯერ უკანა სპოილერი შექმნილია მხოლოდ ქვედა ძალის გაზრდის მიზნით. ამ შემთხვევაში, ის არის დიდი და დახრილი ან დასაკეცი, სამუშაოში შედის მხოლოდ მაღალი სიჩქარით.

სპორტული და სარბოლო მოდელებისთვის, აღწერილი ზომები, რა თქმა უნდა, არაეფექტური იქნება. იმისთვის, რომ ისინი გზაზე დარჩეს, თქვენ უნდა შექმნათ დიდი დაქვეითება. ამისთვის გამოიყენება დიდი წინა სპოილერი, გვერდითი კალთები და ფრთების პანელები. მაგრამ დაყენებული წარმოების მანქანებზე, ეს ელემენტები მხოლოდ დეკორატიულ როლს შეასრულებენ, რაც გაახარებს მფლობელის სიამაყეს. ისინი არანაირ პრაქტიკულ სარგებელს არ მოგცემენ, პირიქით, გაზრდის მოძრაობის წინააღმდეგობას. ბევრი მძღოლი, სხვათა შორის, ურევს სპოილერს ფრთით, თუმცა მათი გარჩევა საკმაოდ მარტივია. სპოილერი ყოველთვის დაჭერილია სხეულზე და აყალიბებს მას ერთ მთლიანობას. ფრთა დამონტაჟებულია სხეულისგან გარკვეულ მანძილზე.

პრაქტიკული აეროდინამიკა

რამდენიმე მარტივი წესის დაცვა საშუალებას მოგცემთ მიიღოთ დანაზოგი საწვავის მოხმარების შემცირებით. თუმცა, ეს რჩევები გამოადგებათ მხოლოდ მათ, ვინც ხშირად და ბევრს ატარებს ავტომაგისტრალზე.

მართვის დროს ძრავის სიმძლავრის მნიშვნელოვანი ნაწილი იხარჯება ჰაერის წინააღმდეგობის გადალახვაზე. რაც უფრო მაღალია სიჩქარე, მით მეტია წევა (და შესაბამისად საწვავის მოხმარება). ამიტომ, თუ სიჩქარეს თუნდაც 10 კმ/სთ-ით შეამცირებთ, 100 კმ-ზე 1 ლიტრამდე დაზოგავთ. ამ შემთხვევაში დროის დაკარგვა უმნიშვნელო იქნება. თუმცა, ეს სიმართლე ცნობილია მძღოლების უმეტესობისთვის. მაგრამ სხვა "აეროდინამიკური" დახვეწილობა ყველასთვის ცნობილი არ არის.

საწვავის მოხმარება დამოკიდებულია წევის კოეფიციენტზე და მანქანის კვეთის ფართობზე. თუ ფიქრობთ, რომ ეს პარამეტრები ქარხანაშია დაყენებული და მანქანის მფლობელს არ შეუძლია მათი შეცვლა, მაშინ ცდებით! მათი შეცვლა სულაც არ არის რთული და შეგიძლიათ მიაღწიოთ როგორც დადებით, ასევე უარყოფით ეფექტებს.

რა ზრდის ხარჯს? სახურავზე დატვირთვა ზედმეტად „ჭამს“ საწვავს. და გამარტივებულ ყუთსაც კი დასჭირდება მინიმუმ ლიტრი ასზე. მოძრაობის დროს გახსნილი ფანჯრები და ლუქი საწვავს ირაციონალურად წვავს. თუ გრძელ ტვირთს ატარებთ ოდნავ გაშლილი საბარგულით, ასევე მიიღებთ გადახურვას. სხვადასხვა დეკორატიული ელემენტები, როგორიცაა კაპოტზე ფეირინგი ("მფრინავი"), "კენგურიატნიკი", ფრთა და სახლში მოყვანილი ტიუნინგის სხვა ელემენტები, თუმცა ესთეტიკურ სიამოვნებას მოგიტანთ, მაგრამ დამატებით ფულს მოგიტანთ. შეხედეთ ძირს - თქვენ მოგიწევთ დამატებითი გადახდა ყველაფერზე, რაც ცვივა და გამოიყურება ზღურბლის ხაზის ქვემოთ. ისეთი წვრილმანიც კი, როგორიცაა პლასტმასის ქუდების არარსებობა ფოლადის რგოლებზე, ზრდის მოხმარებას. თითოეული ჩამოთვლილი ფაქტორი ან ნაწილი ინდივიდუალურად არ ზრდის მოხმარებას - 50-დან 500 გ-მდე 100 კმ-ზე. მაგრამ თუ ყველაფერს დავამატებთ, ის კვლავ "გადაირევა" დაახლოებით ლიტრი ასზე. ეს გამოთვლები მოქმედებს მცირე ზომის მანქანებისთვის 90 კმ/სთ სიჩქარით. დიდი მანქანების მფლობელები და უფრო მაღალი სიჩქარის მოყვარულები იღებენ შეღავათებს გაზრდილი მოხმარებისთვის.

თუ ყველა ზემოაღნიშნული პირობა დაკმაყოფილებულია, ჩვენ შეგვიძლია თავიდან ავიცილოთ ზედმეტი ხარჯები. შესაძლებელია თუ არა ზარალის კიდევ უფრო შემცირება? შეიძლება! მაგრამ ამას დასჭირდება ცოტა გარე რეგულირება (ჩვენ ვსაუბრობთ, რა თქმა უნდა, პროფესიონალურად შესრულებულ ელემენტებზე). წინა აეროდინამიკური ძარის ნაკრები არ აძლევს ჰაერის ნაკადს მანქანის ძირის ქვეშ „ამოვარდნის“ საშუალებას, რაფის გადასაფარებლები ფარავს ბორბლების ამობურცულ ნაწილს, სპოილერი ხელს უშლის მანქანის „სტერნის“ უკან ტურბულენტობის წარმოქმნას. მიუხედავად იმისა, რომ სპოილერი, როგორც წესი, უკვე ჩართულია თანამედროვე მანქანის ძარის სტრუქტურაში.

ასე რომ, ჰაერიდან დანაზოგის მიღება საკმაოდ რეალურია.

მოქმედი რეგულაცია გუნდებს საშუალებას აძლევს გამოსცადონ მანქანების მოდელები ქარის გვირაბში, რომლებიც არ აღემატება მასშტაბის 60%-ს. F1Racing-თან ინტერვიუში Renault-ის გუნდის ყოფილმა დირექტორმა პეტ საიმონდსმა ისაუბრა ამ სამუშაოს სპეციფიკაზე ...

Pat Symonds: ”დღეს ყველა გუნდი მუშაობს 50% ან 60% მასშტაბის მოდელებით, მაგრამ ეს ყოველთვის ასე არ იყო. 80-იან წლებში პირველი აეროდინამიკური ტესტები ჩატარდა მაკეტებით, რეალური ღირებულების 25% - ქარის გვირაბების სიმძლავრე საუთჰემპტონის უნივერსიტეტსა და ლონდონის იმპერიულ კოლეჯში მეტის საშუალებას არ აძლევდა - მხოლოდ იქ იყო შესაძლებელი დაყენება. მოდელები მოძრავ ბაზაზე. შემდეგ გამოჩნდა ქარის გვირაბები, რომლებშიც შესაძლებელი იყო მოდელებთან მუშაობა 33% და 50% -ით და ახლა, ხარჯების შეზღუდვის აუცილებლობის გამო, გუნდები შეთანხმდნენ მოდელების გამოცდაზე არაუმეტეს 60% ჰაერის ნაკადის სიჩქარით. 50 მეტრზე მეტი წამში.

მოდელის მასშტაბის არჩევისას გუნდები ემყარება არსებული ქარის გვირაბის შესაძლებლობებს. ზუსტი შედეგების მისაღებად, მოდელის ზომები არ უნდა აღემატებოდეს მილის სამუშაო ფართობის 5% -ს. უფრო იაფია მცირე ზომის მოდელების წარმოება, მაგრამ რაც უფრო პატარაა მოდელი, მით უფრო რთულია საჭირო სიზუსტის შენარჩუნება. როგორც ფორმულა 1-ის მანქანების განვითარების ბევრ სხვა საკითხთან დაკავშირებით, აქ თქვენ უნდა იპოვოთ საუკეთესო კომპრომისი.

ძველად მალაიზიაში მზარდი დიერას ხის ხისგან ამზადებდნენ მოდელებს, რომელსაც აქვს დაბალი სიმკვრივე, ახლა გამოიყენება ლაზერული სტერეოლითოგრაფიის აღჭურვილობა - ინფრაწითელი ლაზერის სხივი პოლიმერიზებს კომპოზიტურ მასალას, იღებს ნაწილს განსაზღვრული მახასიათებლებით. გამომავალი. ეს მეთოდი შესაძლებელს ხდის ქარის გვირაბში ახალი საინჟინრო იდეის ეფექტურობის შემოწმებას რამდენიმე საათში.

რაც უფრო ზუსტად არის შესრულებული მოდელი, მით უფრო სანდო იქნება მისი გაწმენდის დროს მიღებული ინფორმაცია. აქ ყველა წვრილმანი მნიშვნელოვანია, თუნდაც გამონაბოლქვი მილებიდან, გაზების ნაკადი ისეთივე სიჩქარით უნდა გაიაროს, როგორც რეალურ მანქანაზე. გუნდები ცდილობენ მიაღწიონ სიმულაციის მაქსიმალურ სიზუსტეს ხელმისაწვდომი აღჭურვილობისთვის.

მრავალი წლის განმავლობაში საბურავების ნაცვლად გამოიყენებოდა ნეილონის ან ნახშირბადის ბოჭკოების ფართომასშტაბიანი ასლები და სერიოზული პროგრესი მიღწეული იყო, როდესაც Michelin-მა თავისი სარბოლო საბურავების ზუსტი შემცირებული ასლები გააკეთა. მანქანის მოდელი აღჭურვილია სხვადასხვა სენსორებით ჰაერის წნევის გასაზომად და სისტემით, რომელიც საშუალებას გაძლევთ შეცვალოთ ბალანსი.

მოდელები, მათზე დაყენებული საზომი მოწყობილობების ჩათვლით, ღირებულებით ოდნავ ჩამოუვარდება რეალურ მანქანებს - მაგალითად, ისინი უფრო ძვირია, ვიდრე რეალური GP2 მანქანები. ეს რეალურად ულტრა მძიმე გადაწყვეტილებაა. ძირითადი ჩარჩო სენსორებით დაახლოებით 800 ათასი დოლარი ღირს, მისი გამოყენება შესაძლებელია რამდენიმე წლის განმავლობაში, მაგრამ ჩვეულებრივ გუნდებს აქვთ ორი კომპლექტი, რათა არ შეწყვიტონ მუშაობა.

სხეულის ელემენტების ან შეჩერების თითოეული მოდიფიკაცია იწვევს სხეულის ნაკრების ახალი ვერსიის დამზადების აუცილებლობას, რომელიც ღირს კიდევ ერთი მეოთხედი მილიონი. ამასთან, თვით ქარის გვირაბის ექსპლუატაცია საათში დაახლოებით ათასი დოლარი ღირს და 90 თანამშრომლის ყოფნას მოითხოვს. სერიოზული გუნდები ამ კვლევაზე სეზონზე დაახლოებით 18 მილიონ დოლარს ხარჯავენ.

ხარჯები ანაზღაურდება. Downforce-ის 1%-იანი ზრდა საშუალებას გაძლევთ ითამაშოთ წამის მეათედი რეალურ ტრასაზე. სტაბილური რეგულაციების პირობებში, ინჟინრები დაახლოებით ასე თამაშობენ თვეში, ისე, რომ მხოლოდ სამოდელო განყოფილებაში ყოველი მეათე ჯდება გუნდს $1,5 მილიონი. ”

მას შემდეგ, რაც პირველმა ადამიანმა დააფიქსირა ბასრი ქვა შუბის ბოლოში, ადამიანები ყოველთვის ცდილობდნენ ეპოვათ ჰაერში მოძრავი ობიექტების საუკეთესო ფორმა. მაგრამ მანქანა აღმოჩნდა ძალიან რთული აეროდინამიკური თავსატეხი.

გზაზე მანქანების მოძრაობის წევის გამოთვლების საფუძვლები გვთავაზობს ოთხ ძირითად ძალას, რომელიც მოქმედებს მანქანაზე მართვის დროს: ჰაერის წინააღმდეგობა, გორვა წინააღმდეგობა, აწევის წინააღმდეგობა და ინერციული ძალები. აღსანიშნავია, რომ მხოლოდ პირველი ორია მთავარი. მანქანის ბორბლის მოძრავი წინააღმდეგობის ძალა ძირითადად დამოკიდებულია საბურავის და გზის დეფორმაციაზე საკონტაქტო ზონაში. მაგრამ უკვე 50-60 კმ/სთ სიჩქარით, ჰაერის წინააღმდეგობის ძალა აღემატება ნებისმიერ სხვას, ხოლო 70-100 კმ/სთ-ზე მეტი სიჩქარით აჭარბებს მათ ყველა ერთად. ამ განცხადების დასადასტურებლად საჭიროა მივცეთ შემდეგი სავარაუდო ფორმულა: Px = Cx * F * v2, სადაც: Px - ჰაერის წინააღმდეგობის ძალა; v - ავტომობილის სიჩქარე (მ/წმ); F არის მანქანის პროექციის ფართობი მანქანის გრძივი ღერძის პერპენდიკულარულ სიბრტყეზე, ან მანქანის უდიდესი განივი კვეთის ფართობი, ანუ შუბლის ფართობი (მ2); Cx - ჰაერის წინააღმდეგობის კოეფიციენტი (გამარტივების კოეფიციენტი). Შენიშვნა. ფორმულაში სიჩქარე კვადრატულია, რაც ნიშნავს, რომ როდესაც ის იზრდება, მაგალითად, ორჯერ, ჰაერის წინააღმდეგობის ძალა ოთხჯერ იზრდება.

ამავდროულად, მისი დასაძლევად საჭირო ენერგიის მოხმარება რვაჯერ იზრდება! ნასკარის რბოლებში, სადაც სიჩქარე აღემატება 300 კმ/სთ ნიშნულს, ექსპერიმენტულად დადგინდა, რომ მაქსიმალური სიჩქარის მხოლოდ 8 კმ/სთ-ით გასაზრდელად საჭიროა ძრავის სიმძლავრის გაზრდა 62 კვტ-ით (83 ცხენის ძალით) ან შემცირება. Cx 15%-ით... არსებობს კიდევ ერთი გზა - მანქანის შუბლის არეალის შემცირება. ბევრი მაღალსიჩქარიანი სუპერმანქანა მნიშვნელოვნად დაბალია, ვიდრე ჩვეულებრივი მანქანები. ეს მხოლოდ მუშაობის ნიშანია შუბლის არეალის შესამცირებლად. თუმცა, ეს პროცედურა შეიძლება შესრულდეს გარკვეულ ზღვრამდე, წინააღმდეგ შემთხვევაში შეუძლებელი იქნება ასეთი მანქანის გამოყენება. ამ და სხვა მიზეზების გამო, გამარტივება არის ერთ-ერთი მთავარი საკითხი მანქანის დიზაინის დროს. რა თქმა უნდა, წევის ძალაზე გავლენას ახდენს არა მხოლოდ მანქანის სიჩქარე და მისი გეომეტრიული პარამეტრები. მაგალითად, რაც უფრო მაღალია ჰაერის სიმკვრივე, მით მეტია წინააღმდეგობა. თავის მხრივ, ჰაერის სიმკვრივე პირდაპირ დამოკიდებულია მის ტემპერატურასა და სიმაღლეზე ზღვის დონიდან. ტემპერატურის მატებასთან ერთად იზრდება ჰაერის სიმკვრივე (და შესაბამისად მისი სიბლანტე), მაგრამ მთებში ჰაერი უფრო იშვიათია და მისი სიმკვრივე უფრო დაბალია და ა.შ. ასეთი ნიუანსი ბევრია.

მაგრამ დაუბრუნდით მანქანის ფორმას. რომელ საგანს აქვს საუკეთესო გამარტივება? ამ კითხვაზე პასუხი თითქმის ყველა სტუდენტმა იცის (რომელსაც არ ეძინა ფიზიკის გაკვეთილებზე). ჩამოვარდნილი წყლის წვეთი ყველაზე აეროდინამიკურ ფორმას იღებს. ეს არის მომრგვალებული შუბლის ზედაპირი და შეუფერხებლად შემცირებული გრძელი ზურგი (საუკეთესო თანაფარდობა არის 6-ჯერ მეტი სიგრძის სიგანეზე). წევის კოეფიციენტი არის ექსპერიმენტული მნიშვნელობა. რიცხობრივად, ის უდრის ნიუტონებში ჰაერის წინააღმდეგობის ძალას, რომელიც იქმნება, როდესაც ის მოძრაობს 1 მ/წმ სიჩქარით 1 მ2 შუბლის ფართობზე. საცნობარო ერთეულისთვის, ჩვეულებრივ უნდა განვიხილოთ ბრტყელი ფირფიტის Cx = 1. ამრიგად, წყლის წვეთს აქვს Cx = 0.04. ახლა წარმოიდგინეთ ამ ფორმის მანქანა. სისულელეა, არა? ბორბლებზე ასეთი რამ არა მხოლოდ გარკვეულწილად კარიკატურულად გამოიყურება, არამედ არც თუ ისე მოსახერხებელი იქნება ამ მანქანის დანიშნულებისამებრ გამოყენება. ამიტომ, დიზაინერები იძულებულნი არიან იპოვონ კომპრომისი მანქანის აეროდინამიკასა და მისი გამოყენების მოხერხებულობას შორის. ჰაერის წინააღმდეგობის კოეფიციენტის შემცირების მუდმივმა მცდელობებმა განაპირობა ის, რომ ზოგიერთ თანამედროვე მანქანას აქვს Cx = 0.28-0.25. კარგად, მაღალსიჩქარიანი რეკორდული მანქანები ამაყობენ Cx = 0.2-0.15.

წინააღმდეგობის ძალები

ახლა საჭიროა ცოტა რამ გითხრათ ჰაერის თვისებებზე. მოგეხსენებათ, ნებისმიერი გაზი შედგება მოლეკულებისგან. ისინი ერთმანეთთან მუდმივ მოძრაობაში და ურთიერთქმედებაში არიან. წარმოიქმნება ეგრეთ წოდებული ვან დერ ვაალის ძალები - მოლეკულების ურთიერთმიზიდულობის ძალები, რომლებიც ხელს უშლიან მათ ერთმანეთთან შედარებით გადაადგილებას. ზოგიერთი მათგანი უფრო ძლიერად იწყებს დანარჩენებს. და მოლეკულების ქაოტური მოძრაობის მატებასთან ერთად, ჰაერის ერთი ფენის მეორეზე მოქმედების ეფექტურობა იზრდება და სიბლანტე იზრდება. და ეს ხდება ჰაერის ტემპერატურის მატების გამო და ეს შეიძლება გამოწვეული იყოს როგორც მზის პირდაპირი გათბობით, ასევე ირიბად ჰაერის ხახუნისგან ნებისმიერ ზედაპირზე ან უბრალოდ მის ფენებს შორის. სწორედ აქ მოქმედებს მოძრაობის სიჩქარე. იმისათვის, რომ გაიგოთ, როგორ იმოქმედებს ეს მანქანაზე, უბრალოდ შეეცადეთ ხელი გაშალოთ ღია ხელით. თუ ამას ნელა აკეთებ, არაფერი ხდება, მაგრამ თუ უფრო ძლიერად ატრიალებ ხელს, ხელი უკვე აშკარად აღიქვამს გარკვეულ წინააღმდეგობას. მაგრამ ეს მხოლოდ ერთი კომპონენტია.

როდესაც ჰაერი მოძრაობს ზოგიერთ სტაციონარულ ზედაპირზე (მაგალითად, მანქანის სხეულზე), იგივე ვან დერ ვაალის ძალები ხელს უწყობს იმ ფაქტს, რომ მოლეკულების უახლოესი ფენა იწყებს მასზე შეკვრას. და ეს „ჩარჩენილი“ ფენა ანელებს შემდეგს. ასე რომ, ფენა-ფენა და რაც უფრო სწრაფად მოძრაობენ ჰაერის მოლეკულები, მით უფრო შორს არიან ისინი სტაციონარული ზედაპირიდან. საბოლოოდ მათი სიჩქარე უთანაბრდება ჰაერის ძირითადი ნაკადის სიჩქარეს. ფენას, რომელშიც ნაწილაკები ნელა მოძრაობენ, ეწოდება სასაზღვრო ფენა და ის ჩნდება ნებისმიერ ზედაპირზე. რაც უფრო მაღალია მანქანის საფარის მასალის ზედაპირის ენერგიის მნიშვნელობა, მით უფრო ძლიერია მისი ზედაპირი მოლეკულურ დონეზე ურთიერთქმედებაში მიმდებარე ჰაერის გარემოსთან და მეტი ენერგია უნდა დაიხარჯოს ამ ძალების განადგურებაზე. ახლა, ზემოაღნიშნული თეორიული გამოთვლებიდან გამომდინარე, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ჰაერის წინააღმდეგობა არ არის მხოლოდ ქარის დარტყმა საქარე მინაზე. ამ პროცესს მეტი კომპონენტი აქვს.

წინააღმდეგობის ფორმა

ეს არის ყველაზე მნიშვნელოვანი ნაწილი - ყველა აეროდინამიკური დანაკარგის 60% -მდე. ამას ხშირად უწოდებენ წნევის წინააღმდეგობას ან წევას. მართვის დროს, მანქანა იკუმშება შემომავალი ჰაერის ნაკადს და გადალახავს მცდელობას ჰაერის მოლეკულების დაშორებით. შედეგი არის გაზრდილი წნევის ზონა. გარდა ამისა, ჰაერი მიედინება მანქანის ზედაპირის გარშემო. ამ პროცესში ხდება საჰაერო ხომალდების რღვევა მორევების წარმოქმნით. ჰაერის ნაკადის საბოლოო გაჩერება მანქანის უკანა მხარეს ქმნის შემცირებული წნევის ზონას. წინააღმდეგობა წინა მხარეს და შეწოვის ეფექტი მანქანის უკანა მხარეს ქმნის ძალიან ძლიერ წინააღმდეგობას. ეს ფაქტი დიზაინერებსა და კონსტრუქტორებს ავალდებულებს, მოძებნონ ძარის დამზადების გზები. დაალაგეთ თაროებზე.

ახლა აუცილებელია მანქანის ფორმის გათვალისწინება, როგორც ამბობენ, "ბამპერიდან ბამპერამდე". რომელი ნაწილები და ელემენტები უფრო დიდ გავლენას ახდენენ მანქანის საერთო აეროდინამიკაზე? სხეულის წინა ნაწილი. ქარის გვირაბში ჩატარებულმა ექსპერიმენტებმა აჩვენა, რომ უკეთესი აეროდინამიკის მიზნით, სხეულის წინა ბოლო უნდა იყოს დაბალი, განიერი და არ ჰქონდეს მკვეთრი კუთხეები. ამ შემთხვევაში, არ ხდება ჰაერის ნაკადის გამიჯვნა, რაც ძალიან სასარგებლო გავლენას ახდენს მანქანის გამარტივებაზე. რადიატორის გრილი ხშირად არა მხოლოდ ფუნქციონალური, არამედ დეკორატიულია. ყოველივე ამის შემდეგ, რადიატორს და ძრავას უნდა ჰქონდეს ჰაერის ეფექტური ნაკადი, ამიტომ ეს ელემენტი ძალიან მნიშვნელოვანია. ზოგიერთი ავტომწარმოებელი სწავლობს ერგონომიკას და ჰაერის განაწილებას ძრავის განყოფილებაში ისევე სერიოზულად, როგორც მანქანის ზოგადი აეროდინამიკა. საქარე მინის დახრილობა აეროდინამიკას, ერგონომიკასა და შესრულებას შორის ურთიერთგაგების ძალიან ნათელი მაგალითია. არასაკმარისი დახრილობა ქმნის ზედმეტ წინააღმდეგობას, ჭარბი კი ზრდის შუშის მტვრიანობას და წონას, ხილვადობა მკვეთრად ეცემა შებინდებისას, საჭიროა გამწმენდის ზომის გაზრდა და ა.შ. მინიდან გვერდით კედელზე გადასვლა შეუფერხებლად უნდა განხორციელდეს.

მაგრამ თქვენ არ უნდა გაგიტაცოთ შუშის გადაჭარბებული გამრუდება - ამან შეიძლება გაზარდოს დამახინჯება და გააუარესოს ხილვადობა. საქარე მინის სვეტის გავლენა წევაზე დიდად არის დამოკიდებული საქარე მინის პოზიციასა და ფორმაზე, ისევე როგორც წინა ბოლოს ფორმაზე. მაგრამ საყრდენის ფორმაზე მუშაობისას არ უნდა დაივიწყოს წინა გვერდითი ფანჯრების დაცვა წვიმის წყლისა და საქარე მინისგან ჭუჭყისაგან, გარე აეროდინამიკური ხმაურის მისაღები დონის შენარჩუნება და ა.შ. სახურავი. სახურავის ამობურცვის ზრდამ შეიძლება გამოიწვიოს წევის კოეფიციენტის შემცირება. მაგრამ ამობურცვის მნიშვნელოვანი ზრდა შეიძლება ეწინააღმდეგებოდეს მანქანის საერთო დიზაინს. გარდა ამისა, თუ ამოზნექილობის ზრდას თან ახლავს შუბლის წინააღმდეგობის არეალის ერთდროული ზრდა, მაშინ იზრდება ჰაერის წინააღმდეგობის ძალა. მეორეს მხრივ, თუ თქვენ ცდილობთ შეინარჩუნოთ თავდაპირველი სიმაღლე, მაშინ საქარე მინა და უკანა მინები უნდა იყოს ჩასმული სახურავებში, რადგან ხილვადობა არ უნდა გაუარესდეს. ეს გამოიწვევს სათვალეების ღირებულების მატებას, ხოლო ჰაერის წინააღმდეგობის ძალის შემცირება ამ შემთხვევაში არც თუ ისე მნიშვნელოვანია.

გვერდითი ზედაპირები. ავტომობილის აეროდინამიკური თვალსაზრისით, გვერდითი ზედაპირები მცირე გავლენას ახდენენ მორევის თავისუფალი ნაკადის შექმნაზე. მაგრამ თქვენ არ შეგიძლიათ მათი ზედმეტად დამრგვალება. წინააღმდეგ შემთხვევაში, ძნელი იქნება ასეთ მანქანაში ჩაჯდომა. სათვალეები, თუ ეს შესაძლებელია, უნდა იყოს ინტეგრირებული გვერდითი ზედაპირით და შეესაბამებოდეს მანქანის გარე კონტურს. ნებისმიერი ნაბიჯი და მხტუნავები ქმნის დამატებით დაბრკოლებებს ჰაერის გავლისთვის და ჩნდება არასასურველი ტურბულენტობა. თქვენ შეამჩნევთ, რომ ღარები, რომლებიც ადრე იყო თითქმის ნებისმიერ მანქანაზე, აღარ გამოიყენება. გამოჩნდა სხვა დიზაინის გადაწყვეტილებები, რომლებსაც არ აქვთ ასეთი დიდი გავლენა მანქანის აეროდინამიკაზე.

მანქანის უკანა მხარე, ალბათ, ყველაზე დიდ გავლენას ახდენს გამარტივების კოეფიციენტზე. ახსნა მარტივია. უკანა ნაწილში ჰაერის ნაკადი იშლება და ქმნის მორევებს. მანქანის უკანა ნაწილის გაკეთება თითქმის შეუძლებელია ისეთივე გამარტივებული, როგორც საჰაერო ხომალდი (6-ჯერ მეტი სიგანე). ამიტომ მის ფორმაზე უფრო ფრთხილად მუშაობენ. ერთ-ერთი მთავარი პარამეტრი არის მანქანის უკანა დახრილობის კუთხე. რუსული მანქანის „მოსკვიჩ-2141“-ის მაგალითი უკვე სახელმძღვანელოდ იქცა, სადაც სწორედ უკანა ნაწილის სამწუხარო გადაწყვეტილებამ მნიშვნელოვნად გააუარესა მანქანის საერთო აეროდინამიკა. მაგრამ, მეორე მხრივ, "მოსკოვის" უკანა შუშა ყოველთვის სუფთა რჩებოდა. ისევ კომპრომისი. სწორედ ამიტომ, ამდენი დამატებითი დანამატი მზადდება სპეციალურად მანქანის უკანა მხარეს: სპოილერები, სპოილერები და ა.შ. უკანა დახრილობის კუთხესთან ერთად, აეროდინამიკური წევის კოეფიციენტზე ძლიერ გავლენას ახდენს გვერდითი კიდის დიზაინი და ფორმა. მანქანის უკანა მხარე. მაგალითად, თუ ზემოდან შეხედავთ თითქმის ნებისმიერ თანამედროვე მანქანას, მაშინვე დაინახავთ, რომ კორპუსი წინ უფრო განიერია, ვიდრე უკანა. ესეც აეროდინამიკაა. მანქანის ქვედა მხარე.

როგორც თავიდან შეიძლება ჩანდეს, სხეულის ეს ნაწილი არ ახდენს გავლენას აეროდინამიკაზე. მაგრამ აქ არის ისეთი ასპექტი, როგორიცაა downforce. მასზეა დამოკიდებული მანქანის სტაბილურობა და რამდენად სწორად არის ორგანიზებული ჰაერის ნაკადი მანქანის ძირის ქვეშ, რის შედეგადაც დამოკიდებულია გზაზე მისი „დაჭერის“ სიძლიერე. ანუ, თუ მანქანის ქვეშ ჰაერი არ ჩერდება, მაგრამ სწრაფად მიედინება, მაშინ იქ წარმოქმნილი შემცირებული წნევა მანქანას დააჭერს გზას. ეს განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია ჩვეულებრივი მანქანებისთვის. ფაქტია, რომ სარბოლო მანქანებში, რომლებიც კონკურენციას უწევენ მაღალხარისხიან, თანაბარ ზედაპირებზე, შეგიძლიათ დააყენოთ ისეთი დაბალი კლირენსი, რომ გამოჩნდეს "დედამიწის ბალიშის" ეფექტი, რომელშიც იზრდება დაწევა და წევა მცირდება. ნორმალური მანქანებისთვის, დაბალი კლირენსი მიუღებელია. ამიტომ, ბოლო დროს დიზაინერები ცდილობენ მანქანის ფსკერის მაქსიმალურად გათელვას, ფარებით დაფარონ არათანაბარი ელემენტები, როგორიცაა გამონაბოლქვი მილები, საკიდი მკლავები და ა.შ. სხვათა შორის, ბორბლების თაღები ძალიან დიდ გავლენას ახდენს აეროდინამიკაზე. მანქანა. არასწორად შემუშავებულ ნიშებს შეუძლიათ დამატებითი აწევის შექმნა.

და ისევ ქარი

ზედმეტია იმის თქმა, რომ ძრავის საჭირო სიმძლავრე დამოკიდებულია მანქანის გამარტივებაზე და, შესაბამისად, საწვავის მოხმარებაზე (ანუ საფულეზე). თუმცა, აეროდინამიკა სცილდება სიჩქარეს და ეფექტურობას. არც ისე ბოლო ადგილი უკავია ამოცანებს, რომ უზრუნველყოს კარგი მიმართულების სტაბილურობა, ავტომობილის კონტროლირებადი და მისი მოძრაობისას ხმაურის შემცირება. ხმაურით ყველაფერი ნათელია: რაც უფრო უკეთესი იქნება მანქანის გამარტივება, ზედაპირების ხარისხი, რაც უფრო მცირეა ხარვეზები და ამობურცული ელემენტების რაოდენობა და ა.შ., მით ნაკლებია ხმაური. დიზაინერებმა უნდა იფიქრონ ისეთ ასპექტზე, როგორიცაა განვითარებული მომენტი. ეს ეფექტი კარგად არის ცნობილი მძღოლების უმეტესობისთვის. ნებისმიერს, ვინც ერთხელ მაინც გაიარა „სატვირთო მანქანა“ დიდი სიჩქარით, ან უბრალოდ, ძლიერ ქარს უნდა ეგრძნო ნახვევის გარეგნობა ან თუნდაც მანქანის ოდნავ შემობრუნება. ამ ეფექტის ახსნას აზრი არ აქვს, მაგრამ ეს სწორედ აეროდინამიკის პრობლემაა.

ამიტომ Cx კოეფიციენტი არ არის ერთადერთი. ჰაერს ხომ შეუძლია გავლენა მოახდინოს მანქანაზე არა მხოლოდ „პირისპირ“, არამედ სხვადასხვა კუთხით და სხვადასხვა მიმართულებით. და ეს ყველაფერი გავლენას ახდენს მართვასა და უსაფრთხოებაზე. ეს მხოლოდ რამდენიმე ძირითადი ასპექტია, რომელიც გავლენას ახდენს ჰაერის წინააღმდეგობის საერთო ძალაზე. შეუძლებელია ყველა პარამეტრის გამოთვლა. არსებული ფორმულები არ იძლევა სრულ სურათს. ამიტომ, დიზაინერები სწავლობენ მანქანის აეროდინამიკას და არეგულირებენ მის ფორმას ისეთი ძვირადღირებული ხელსაწყოს გამოყენებით, როგორიცაა ქარის გვირაბი. დასავლური ფირმები ფულს არ იშურებენ მათი მშენებლობისთვის. ასეთი კვლევითი ცენტრების ღირებულება მილიონობით დოლარს აღწევს. მაგალითად: Daimler-Chrysler-ის კონცერნმა 37,5 მილიონი დოლარის ინვესტიცია ჩადო სპეციალიზებული კომპლექსის შექმნაში თავისი მანქანების აეროდინამიკის გასაუმჯობესებლად. ამჟამად ქარის გვირაბი არის ყველაზე მნიშვნელოვანი ინსტრუმენტი ჰაერის წინააღმდეგობის ძალების შესასწავლად, რომლებიც გავლენას ახდენენ მანქანაზე.

კომპიუტერული აეროდინამიკის და ჰიდროდინამიკის პროგრამული უზრუნველყოფა FlowVisionგანკუთვნილია სხვადასხვა ტექნიკური თუ ბუნებრივი ობიექტების ვირტუალური აეროდინამიკური აფეთქებისთვის. ობიექტები შეიძლება იყოს სატრანსპორტო პროდუქტები, ენერგეტიკული ობიექტები, სამხედრო-სამრეწველო პროდუქტები და სხვა. FlowVisionსაშუალებას გაძლევთ მოახდინოთ დინების სიმულაცია შემომავალი ნაკადის სხვადასხვა სიჩქარით და მისი დარღვევის სხვადასხვა ხარისხით (ტურბულენტობის ხარისხი).

მოდელირების პროცესი ტარდება მკაცრად პრობლემის სამგანზომილებიანი სივრცითი ფორმულირებით და მიმდინარეობს „როგორც არის“ პრინციპით, რაც გულისხმობს მომხმარებლის ობიექტის სრულფასოვანი გეომეტრიული მოდელის შესწავლის შესაძლებლობას ყოველგვარი გამარტივების გარეშე. იმპორტირებული სამგანზომილებიანი გეომეტრიის დამუშავების შექმნილი სისტემა საშუალებას გაძლევთ უმტკივნეულოდ იმუშაოთ ნებისმიერი სირთულის მოდელებთან, სადაც მომხმარებელი, ფაქტობრივად, თავად ირჩევს თავისი ობიექტის დეტალების დონეს - სურს თუ არა აფეთქება გარეგანი გამარტივებული გათლილი მოდელის მეშვეობით. კონტურები ან სრულფასოვანი მოდელი ყველა სტრუქტურული ელემენტით, ბორბლების ბორბლებზე ჭანჭიკების თავებამდე და მწარმოებლის ლოგოს ფიგურის სახით მანქანის ცხვირზე.

სიჩქარის განაწილება სარბოლო მანქანის კორპუსის სიახლოვეს.

გათვალისწინებულ იქნა ყველა დეტალი - ბორბლების სპილოები, საჭის სპიკების ასიმეტრიის გავლენა ნაკადის სქემაზე.

FlowVisionშეიქმნა რუსული განვითარების გუნდის მიერ (TESIS კომპანია, რუსეთი) 10 წელზე მეტი ხნის წინ და ეფუძნება შიდა ფუნდამენტური და მათემატიკური სკოლის განვითარებას. სისტემა შეიქმნა იმ მოლოდინით, რომ მასთან იმუშავებენ სხვადასხვა კვალიფიკაციის მომხმარებლები - სტუდენტები, მასწავლებლები, დიზაინერები და მეცნიერები. თქვენ შეგიძლიათ თანაბრად ეფექტურად გადაჭრათ როგორც მარტივი, ასევე რთული ამოცანები.

პროდუქტი გამოიყენება სხვადასხვა ინდუსტრიაში, მეცნიერებასა და განათლებაში - ავიაცია, ასტრონავტიკა, ენერგეტიკა, გემთმშენებლობა, ავტომობილები, ეკოლოგია, მანქანათმშენებლობა, გადამამუშავებელი და ქიმიური მრეწველობა, მედიცინა, ბირთვული მრეწველობა და თავდაცვის სექტორი და აქვს ყველაზე დიდი სამონტაჟო ბაზა რუსეთში.

2001 წელს, რუსეთის ფედერაციის სამინისტროს მთავარი საბჭოს გადაწყვეტილებით, FlowVision მიეცა რეკომენდაცია რუსეთის უნივერსიტეტებში სითხისა და გაზის მექანიკის სწავლების პროგრამაში ჩართვისთვის. ამჟამად FlowVision გამოიყენება როგორც რუსეთის წამყვანი უნივერსიტეტების სასწავლო პროცესის ნაწილი - MIPT, MPEI, პეტერბურგის სახელმწიფო ტექნიკური უნივერსიტეტი, ვლადიმირის უნივერსიტეტი, UNN და სხვა.

2005 წელს FlowVision-მა გაიარა ტესტები და მიიღო რუსეთის ფედერაციის სახელმწიფო სტანდარტის შესაბამისობის სერტიფიკატი.

ძირითადი მახასიათებლები

გულში FlowVisionმასის შენარჩუნების კანონის პრინციპი მდგომარეობს - შევსებულ დახურულ გამოთვლილ მოცულობაში შემავალი მატერიის რაოდენობა უდრის მისგან კლებულ მატერიას (იხ. სურ. 1).

ბრინჯი. 1 მასის შენარჩუნების კანონის პრინციპი

ასეთი პრობლემის გადაწყვეტა ხდება მოცემულ მოცულობაში რაოდენობის საშუალო მნიშვნელობის პოვნის გზით, საზღვრებზე მოცემული მონაცემების საფუძველზე (ოსტროგრადსკი-გაუსის თეორემა).

ბრინჯი. 2 ინტეგრაცია მოცულობაზე ლიმიტულ მნიშვნელობებზე დაყრდნობით

უფრო ზუსტი გადაწყვეტის მისაღებად, ორიგინალური გამოთვლილი მოცულობა იყოფა მცირე მოცულობებად.

ბრინჯი. 3 გამოთვლითი ბადის გასქელება

ორიგინალური მოცულობის უფრო მცირე ტომებად დაყოფის პროცედურას ე.წ საანგარიშო ბადის მშენებლობა , და მიღებული ტომების მასივი არის საანგარიშო ბადე ... გამოთვლითი ბადის აგების პროცესში მიღებულ თითოეულ მოცულობას ე.წ საანგარიშო უჯრედი , რომელთაგან თითოეულში ასევე შეინიშნება შემომავალი და გამავალი მასების ბალანსი. დახურულ მოცულობას, რომელშიც აგებულია გამოთვლითი ბადე, ეწოდება საანგარიშო ფართობი .

არქიტექტურა

იდეოლოგია FlowVisionაგებულია განაწილებული არქიტექტურის საფუძველზე, სადაც პროგრამის ერთეული, რომელიც ასრულებს არითმეტიკულ გამოთვლებს, შეიძლება განთავსდეს ქსელის ნებისმიერ კომპიუტერზე - მაღალი ხარისხის კლასტერზე ან ლეპტოპზე. პროგრამული პაკეტის არქიტექტურა მოდულარულია, რაც საშუალებას გაძლევთ უმტკივნეულოდ შეიტანოთ მასში გაუმჯობესებები და ახალი ფუნქციონირება. ძირითადი მოდულებია PrePostProcessor და გამხსნელი ბლოკი, ასევე რამდენიმე დამხმარე ბლოკი, რომლებიც ასრულებენ სხვადასხვა ოპერაციებს მონიტორინგისა და დარეგულირებისთვის.

წნევის განაწილება სპორტული მანქანის ძარაზე

წინასწარი პროცესორის ფუნქციური დანიშნულება მოიცავს გამოთვლითი დომენის გეომეტრიის იმპორტს გეომეტრიული მოდელირების სისტემებიდან, გარემოს მოდელის დაყენება, საწყისი და სასაზღვრო პირობების განთავსება, გამოთვლითი ბადის რედაქტირება ან იმპორტი და კონვერგენციის კრიტერიუმების დაყენება, რის შემდეგაც კონტროლი გადადის ამომხსნელზე. , რომელიც იწყებს გამოთვლითი ბადის აგების პროცესს და ახორციელებს გამოთვლებს მითითებული პარამეტრებით. გამოთვლის პროცესში მომხმარებელს აქვს შესაძლებლობა განახორციელოს გამოთვლის ვიზუალური და რაოდენობრივი მონიტორინგი პოსტპროცესორული ხელსაწყოებით და შეაფასოს გადაწყვეტის განვითარების პროცესი. როდესაც კონვერგენციის კრიტერიუმის საჭირო მნიშვნელობა მიიღწევა, დათვლის პროცესი შეიძლება შეჩერდეს, რის შემდეგაც შედეგი სრულად ხელმისაწვდომი გახდება მომხმარებლისთვის, რომელსაც პოსტპროცესორის ხელსაწყოების გამოყენებით შეუძლია მონაცემების დამუშავება - შედეგების ვიზუალიზაცია და შედეგების რაოდენობრივი შეფასება. შენახვა გარე მონაცემთა ფორმატებში.

გამოთვლითი ბადე

ვ FlowVisionგამოიყენება მართკუთხა გამოთვლითი ბადე, რომელიც ავტომატურად ადაპტირდება გამოთვლითი დომენის საზღვრებთან და გამოსავალთან. მრუდი საზღვრების დაახლოება მაღალი სიზუსტით მოწოდებულია ქვექსელის გეომეტრიის გადაწყვეტის მეთოდის გამოყენებით. ეს მიდგომა საშუალებას გაძლევთ იმუშაოთ გეომეტრიულ მოდელებთან, რომლებიც შედგება ნებისმიერი სირთულის ზედაპირისგან.

საწყისი გამოთვლითი დომენი

ფართობზე გადახურული ორთოგონალური ბადე

საწყისი ბადის დაჭერა რეგიონის საზღვრებზე

საბოლოო გამოთვლითი ბადე

გამოთვლითი ბადის ავტომატური წარმოქმნა ზედაპირის გამრუდების გათვალისწინებით

თუ საჭიროა გამოსავლის გარკვევა საზღვარზე ან გამოთვლილი მოცულობის სწორ ადგილას, შესაძლებელია გამოთვლითი ბადის დინამიურად ადაპტაცია. ადაპტაცია არის ქვედა დონის უჯრედების დაშლა პატარა უჯრედებად. ადაპტაცია შეიძლება იყოს სასაზღვრო მდგომარეობით, მოცულობით და გადაწყვეტილებით. ბადე ადაპტირებულია მითითებულ საზღვარზე, გამოთვლითი დომენის მითითებულ ადგილას ან ამოხსნის გზით, ცვლადის და გრადიენტის ცვლილების გათვალისწინებით. ადაპტაცია ხორციელდება როგორც ბადის დახვეწის მიმართულებით, ასევე საპირისპირო მიმართულებით - პატარა უჯრედების შერწყმა უფრო დიდებში, საწყისი დონის ბადემდე.

გამოთვლითი ბადის ადაპტაციის ტექნოლოგია

მოძრავი სხეულები

მოძრავი სხეულის ტექნოლოგია საშუალებას გაძლევთ განათავსოთ თვითნებური გეომეტრიული ფორმის სხეული გამოთვლითი დომენის შიგნით და მისცეთ მას მთარგმნელობითი და/ან ბრუნვის მოძრაობა. მოძრაობის კანონი შეიძლება იყოს მუდმივი ან ცვალებადი დროსა და სივრცეში. სხეულის მოძრაობა განისაზღვრება სამი ძირითადი გზით:

აშკარად სხეულის სიჩქარის დაყენების გზით;
- სხეულზე მოქმედი ძალის დაყენებით და მისი საწყისი წერტილიდან გადაადგილებით

გარემოს ზემოქმედებით, რომელშიც სხეული მოთავსებულია.

სამივე მეთოდი შეიძლება გაერთიანდეს ერთმანეთთან.

რაკეტის ვარდნა არასტაბილურ დინებაში გრავიტაციის მოქმედების ქვეშ

მახის ექსპერიმენტის რეპროდუქცია: ბურთის მოძრაობა 800 მ/წმ სიჩქარით

პარალელური გამოთვლა

პროგრამული პაკეტის ერთ-ერთი მთავარი მახასიათებელი FlowVisionპარალელური გამოთვლის ტექნოლოგიები, როდესაც ერთი პრობლემის გადასაჭრელად გამოიყენება რამდენიმე პროცესორი ან პროცესორის ბირთვი, რაც შესაძლებელს ხდის გაანგარიშების დაჩქარებას მათი რაოდენობის პროპორციულად.

პრობლემის გამოთვლის დაჩქარება, ჩართული ბირთვების რაოდენობის მიხედვით

პარალელური გაშვების პროცედურა სრულად ავტომატიზირებულია. მომხმარებელმა მხოლოდ უნდა მიუთითოს ბირთვების ან პროცესორების რაოდენობა, რომლებზეც ამოცანის შესრულება მოხდება. ალგორითმი განახორციელებს ყველა შემდგომ მოქმედებას გამოთვლითი დომენის ნაწილებად დაყოფისა და მათ შორის მონაცემების გაცვლის, საუკეთესო პარამეტრების არჩევის მიზნით.

ზედაპირული უჯრედების დაშლა 16 პროცესორად ორი მანქანის პრობლემებისთვის

გუნდი FlowVisionინარჩუნებს მჭიდრო კავშირებს შიდა და უცხოური HPC (High Performance Computing) თემების წარმომადგენლებთან და მონაწილეობს ერთობლივ პროექტებში, რომლებიც მიზნად ისახავს ახალი შესაძლებლობების მიღწევას პარალელურ გამოთვლებში მუშაობის გაუმჯობესების სფეროში.

2007 წელს FlowVision, მოსკოვის სახელმწიფო უნივერსიტეტის კვლევით გამოთვლით ცენტრთან ერთად, გახდა ფედერალური პროგრამის მონაწილე ეროვნული ტერაფლოპის პარალელური განსახლების სისტემის შესაქმნელად. პროგრამის ფარგლებში, დეველოპერთა გუნდი ადაპტირებს FlowVision-ს უახლესი ტექნოლოგიების ფართომასშტაბიანი გამოთვლების შესასრულებლად. მოსკოვის სახელმწიფო უნივერსიტეტის კვლევით გამოთვლით ცენტრში დაყენებული SKIF-Chebyshev კლასტერი გამოიყენება როგორც სატესტო აპარატურის პლატფორმა.

SKIF-Chebyshev კლასტერი დამონტაჟებულია მოსკოვის სახელმწიფო უნივერსიტეტის კვლევით გამოთვლით ცენტრში

2009 წელს, FlowVision-ის გუნდი მოსკოვის სახელმწიფო უნივერსიტეტის კვლევით გამოთვლით ცენტრთან, Sigma Technology კომპანიასთან და სახელმწიფო სამეცნიერო ცენტრ TsAGI-სთან ერთად, მონაწილეობდნენ ფედერალურ სამიზნე პროგრამაში აეროდინამიკისა და ჰიდროდინამიკის პრობლემების პარალელური ოპტიმიზაციის პრობლემების გადაჭრის ალგორითმების შესაქმნელად. .

ტექსტი, ილუსტრაციები: კომპანია TESIS

მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების ბევრ სფეროში, რომლებიც დაკავშირებულია სიჩქარესთან, ხშირად საჭიროა ობიექტზე მოქმედი ძალების გამოთვლა. თანამედროვე მანქანა, გამანადგურებელი, წყალქვეშა ნავი ან ჩქაროსნული ელექტრო მატარებელი - ყველა მათგანი აეროდინამიკური ძალების გავლენის ქვეშაა. ამ ძალების სიდიდის განსაზღვრის სიზუსტე პირდაპირ გავლენას ახდენს ამ ობიექტების ტექნიკურ მახასიათებლებზე და მათ უნარზე გარკვეული ამოცანების შესრულებაზე. ზოგადად, ხახუნის ძალები განსაზღვრავენ მამოძრავებელი სისტემის სიმძლავრის დონეს, ხოლო გვერდითი ძალები გავლენას ახდენენ ობიექტის მართვადობაზე.

ტრადიციული დიზაინის სქემა იყენებს ქარის გვირაბის დარტყმას (ჩვეულებრივ, შემცირებულ მოდელებს), აუზის ტესტებს და საველე ტესტებს ძალების დასადგენად. თუმცა, ყველა ექსპერიმენტული კვლევა საკმაოდ ძვირი გზაა ასეთი ცოდნის მისაღებად. მოდელის მოწყობილობის შესამოწმებლად, ჯერ უნდა გააკეთოთ ის, შემდეგ შეადგინოთ ტესტის პროგრამა, მოამზადოთ სტენდი და, ბოლოს, განახორციელოთ გაზომვების სერია. ამ შემთხვევაში, უმეტეს შემთხვევაში, ტესტის შედეგების სანდოობაზე გავლენას მოახდენს დაშვებები, რომლებიც გამოწვეულია ობიექტის ფაქტობრივი საოპერაციო პირობებიდან გადახრით.

ექსპერიმენტი თუ გაანგარიშება?

მოდით უფრო დეტალურად განვიხილოთ ექსპერიმენტის შედეგებსა და ობიექტის რეალურ ქცევას შორის შეუსაბამობის მიზეზები.

შეზღუდულ სივრცეში მოდელების შესწავლისას, მაგალითად, ქარის გვირაბებში, სასაზღვრო ზედაპირები მნიშვნელოვან გავლენას ახდენენ ობიექტის გარშემო ნაკადის სტრუქტურაზე. მოდელის მასშტაბის შემცირება ამ პრობლემის გადაჭრის საშუალებას გაძლევთ, თუმცა უნდა გაითვალისწინოთ რეინოლდსის რიცხვის ცვლილება (ე.წ. მასშტაბის ეფექტი).

ზოგიერთ შემთხვევაში, დამახინჯება შეიძლება გამოწვეული იყოს ფუნდამენტური შეუსაბამობით სხეულის გარშემო ნაკადის რეალურ პირობებსა და მილში სიმულაციას შორის. მაგალითად, როდესაც მაღალსიჩქარიანი მანქანები ან მატარებლები აფეთქდებიან, ქარის გვირაბში მოძრავი ჰორიზონტალური ზედაპირის არარსებობა სერიოზულად ცვლის ნაკადის საერთო სქემას და ასევე მოქმედებს აეროდინამიკური ძალების ბალანსზე. ეს ეფექტი დაკავშირებულია სასაზღვრო ფენის ზრდასთან.

გაზომვის მეთოდები ასევე იწვევს შეცდომებს გაზომილ მნიშვნელობებში. სენსორების არასწორმა განთავსებამ ობიექტზე ან მათი სამუშაო ნაწილების არასწორმა ორიენტაციამ შეიძლება გამოიწვიოს არასწორი შედეგები.

დიზაინის აჩქარება

ამჟამად, წამყვანი ინდუსტრიული კომპანიები წინასწარი დიზაინის ეტაპზე ფართოდ იყენებენ CAE კომპიუტერული მოდელირების ტექნოლოგიებს. ეს საშუალებას გაძლევთ განიხილოთ მეტი ვარიანტი ოპტიმალური დიზაინის ძიებისას.

ANSYS CFX პროგრამული პაკეტის განვითარების თანამედროვე დონე მნიშვნელოვნად აფართოებს მისი გამოყენების ფარგლებს: ლამინარული ნაკადების მოდელირებიდან ტურბულენტურ ნაკადებამდე, პარამეტრების ძლიერი ანიზოტროპიით.

გამოყენებული ტურბულენტური მოდელების ფართო სპექტრი მოიცავს ტრადიციულ RANS (Reynolds Averaged Navie-Stoks) მოდელებს სიჩქარისა და სიზუსტის საუკეთესო თანაფარდობით, SST (Shear Stress Transport) ტურბულენტური მოდელი (Menter-ის ორ ფენიანი მოდელი), რომელიც წარმატებით აერთიანებს უპირატესობებს. ke turbulence მოდელები და "kw". განვითარებული ანიზოტროპიის მქონე ნაკადებისთვის RSM (რეინოლდსის სტრესის მოდელი) მოდელები უფრო შესაფერისია. მიმართულების ტურბულენტობის პარამეტრების პირდაპირი გამოთვლა შესაძლებელს ხდის უფრო ზუსტად განსაზღვროს მორევის ნაკადის მახასიათებლები.

ზოგიერთ შემთხვევაში რეკომენდებულია მორევის თეორიებზე დაფუძნებული მოდელების გამოყენება: DES (მოხსნადი მორევის სიმულაცია) და LES (დიდი მორევის სიმულაცია). განსაკუთრებით იმ შემთხვევებისთვის, როდესაც განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია ლამინურ-ტურბულენტური გადასვლის პროცესების გათვალისწინება, შემუშავებულია გარდამავალი ტურბულენტობის მოდელი, რომელიც შეიქმნა კარგად დადასტურებული SST ტექნოლოგიის საფუძველზე. მოდელმა გაიარა ვრცელი ტესტირების პროგრამა სხვადასხვა ობიექტებზე (პირებიდან სამგზავრო თვითმფრინავებამდე) და აჩვენა შესანიშნავი კორელაცია ექსპერიმენტულ მონაცემებთან.

ავიაცია

თანამედროვე სამხედრო და სამოქალაქო თვითმფრინავების შექმნა შეუძლებელია დიზაინის საწყის ეტაპზე მისი ყველა მახასიათებლის ღრმა ანალიზის გარეშე. თვითმფრინავის ეფექტურობა, მისი სიჩქარე და მანევრირება პირდაპირ დამოკიდებულია ტარების ზედაპირისა და კონტურების ფორმის ფრთხილად შესწავლაზე.

დღეს, ყველა მსხვილი თვითმფრინავის მწარმოებელი იყენებს კომპიუტერულ ანალიზს ახალი პროდუქტების შემუშავებისას.

გარდამავალი ტურბულენტური მოდელი, რომელიც სწორად აანალიზებს ნაკადის რეჟიმებს ლამინართან ახლოს, მიედინება განვითარებული გამოყოფისა და ხელახალი მიმაგრების ზონებით, ხსნის დიდ შესაძლებლობებს რთული ნაკადების ანალიზისთვის. ეს კიდევ უფრო ამცირებს განსხვავებას რიცხვითი გამოთვლების შედეგებსა და ნაკადის რეალურ სურათს შორის.

ავტომობილები

თანამედროვე მანქანა უფრო ეკონომიური უნდა იყოს მაღალი ენერგოეფექტურობით. და რა თქმა უნდა, მთავარი განმსაზღვრელი კომპონენტებია ძრავა და კორპუსი.

ყველა ძრავის სისტემის ეფექტურობის უზრუნველსაყოფად, წამყვანი დასავლური კომპანიები დიდი ხანია იყენებენ კომპიუტერულ სიმულაციის ტექნოლოგიებს. მაგალითად, Robert Bosch Gmbh (გერმანია), კომპონენტთა ფართო სპექტრის მწარმოებელი თანამედროვე დიზელის მანქანებისთვის, გამოიყენა ANSYS CFX (ინექციური მახასიათებლების გასაუმჯობესებლად) Common Rail საწვავის მიწოდების სისტემის შემუშავებაში.

BMW, რომელმაც ზედიზედ რამდენიმე წელი მოიპოვა წლის საერთაშორისო ძრავის ჯილდო, იყენებს ANSYS CFX-ს წვის კამერების სიმულაციისთვის.

გარე აეროდინამიკა ასევე არის ძრავის ენერგიის გამოყენების ეფექტურობის გაუმჯობესების საშუალება. ჩვეულებრივ, საუბარია არა მხოლოდ წევის კოეფიციენტის შემცირებაზე, არამედ ნებისმიერი მაღალსიჩქარიანი მანქანისთვის საჭირო დაწევის ძალის ბალანსზე.

ამ მახასიათებლების საბოლოო გამოხატულებაა სხვადასხვა კლასის სარბოლო მანქანები. გამონაკლისის გარეშე, F1 ჩემპიონატის ყველა მონაწილე იყენებს მანქანების აეროდინამიკის კომპიუტერულ ანალიზს. სპორტული მიღწევები ნათლად აჩვენებს ამ ტექნოლოგიების სარგებელს, რომელთაგან ბევრი უკვე გამოიყენება საწარმოო მანქანებში.

რუსეთში, ამ სფეროში პიონერია Active-Pro Racing გუნდი: Formula 1600 სარბოლო მანქანა ავითარებს 250 კმ/სთ-ზე მეტ სიჩქარეს და არის რუსული წრიული მოტოსპორტის მწვერვალი. ANSYS CFX კომპლექსის გამოყენებამ (ნახ. 4) მანქანის ახალი აეროდინამიკური კუდის დიზაინისთვის შესაძლებელი გახადა საგრძნობლად შემცირებულიყო დიზაინის ვარიანტების რაოდენობა ოპტიმალური გადაწყვეტის ძიებისას.

გათვლილი მონაცემებისა და ქარის გვირაბში აფეთქების შედეგების შედარებამ აჩვენა მოსალოდნელი სხვაობა. ეს აიხსნება მილში სტაციონარული იატაკით, რამაც გამოიწვია სასაზღვრო ფენის სისქის ზრდა. ამიტომ, საკმაოდ დაბლა მდებარე აეროდინამიკური ელემენტები მუშაობდნენ უცნობ პირობებში.

ამასთან, კომპიუტერული მოდელი სრულად შეესაბამებოდა მართვის რეალურ პირობებს, რამაც შესაძლებელი გახადა მნიშვნელოვნად გაუმჯობესებულიყო მანქანის ეფექტურობა.

Შენობა

არქიტექტორები დღეს უფრო კომფორტულად გრძნობენ დაპროექტებული შენობების გარეგნობას, ვიდრე 20 ან 30 წლის წინ. თანამედროვე არქიტექტორების ფუტურისტულ ქმნილებებს, როგორც წესი, აქვთ რთული გეომეტრიული ფორმები, რომლებისთვისაც უცნობია აეროდინამიკური კოეფიციენტების მნიშვნელობები (აუცილებელია საყრდენი სტრუქტურებისთვის საპროექტო ქარის დატვირთვის მინიჭებისთვის).

ამ შემთხვევაში, ქარის გვირაბის ტრადიციული ტესტების გარდა, CAE ინსტრუმენტები სულ უფრო ხშირად გამოიყენება შენობის აეროდინამიკური მახასიათებლების (და ძალის ფაქტორების) მისაღებად. ასეთი გაანგარიშების მაგალითი ANSYS CFX-ში ნაჩვენებია ნახ. 5.

გარდა ამისა, ANSYS CFX ტრადიციულად გამოიყენება სამრეწველო შენობების, საოფისე შენობების, საოფისე და სპორტული და გასართობი კომპლექსების ვენტილაციისა და გათბობის სისტემების სიმულაციისთვის.

კრილაცკოეს სპორტული კომპლექსის (მოსკოვი) ყინულის არენაზე ტემპერატურის რეჟიმისა და ჰაერის ნაკადების ბუნების გასაანალიზებლად, Olof Granlund Oy-ის (ფინეთი) ინჟინრებმა გამოიყენეს ANSYS CFX პროგრამული პაკეტი. სტადიონის ტრიბუნები იტევს დაახლოებით 10 ათას მაყურებელს, ხოლო მათგან სითბოს დატვირთვა შეიძლება იყოს 1 მეგავატზე მეტი (100-120 ვტ / ადამიანზე). შედარებისთვის: 1 ლიტრი წყლის გაცხელებას 0-დან 100 ° C-მდე სჭირდება 4 კვტ-ზე ცოტა მეტი ენერგია.

ბრინჯი. 5. სტრუქტურების ზედაპირზე წნევის განაწილება

შეჯამება

როგორც ხედავთ, გამოთვლითმა ტექნოლოგიამ აეროდინამიკაში მიაღწია იმ დონეს, რაზეც მხოლოდ 10 წლის წინ ვიოცნებებდით. ამავდროულად, არ უნდა დაუპირისპირდეს კომპიუტერული მოდელირება ექსპერიმენტულ კვლევას - ბევრად უკეთესია, თუ ეს მეთოდები ერთმანეთს ავსებენ.

ANSYS CFX კომპლექსი ასევე საშუალებას აძლევს ინჟინერებს გადაჭრას ისეთი რთული პრობლემები, როგორიცაა, მაგალითად, აეროდინამიკური დატვირთვების ზემოქმედების დროს სტრუქტურის დეფორმაციების დადგენა. ეს ხელს უწყობს როგორც შიდა, ასევე გარე აეროდინამიკის მრავალი პრობლემის უფრო სწორ ფორმულირებას: დანა მანქანების რხევის პრობლემებიდან დაწყებული ქარისა და ტალღების მოქმედებით ოფშორულ სტრუქტურებზე.

ANSYS CFX კომპლექსის ყველა გაანგარიშების შესაძლებლობა ასევე ხელმისაწვდომია ANSYS Workbench გარემოში.