|
Часть 4. Поверка аэродинамической компоновки с помощью CosmosFloworks 2007 SR0 PE (продолжение)
Подоспела помощь... (интерес к проекту увеличивается)
Недавно получил по электронной почте письмо от Николая Андреева. В нём он просил предоставить
ему модель для П-6 для SolidWorks для проведения серии испытаний в Cosmos Floworks по собственной методике.
Естественно я не мог не принять его предложения и отослал по почте файл с моделью (теперь его можно скачать
и на сайте). Тем более, что у меня в силу нехватки времени и отсутствия опыта дело с продувками П-6 пока не двигалось
с места.
И вот сегодня пришел ответ. Я не удержался и решил с вами им поделиться...
Николай Андреев
Методические пособие на тему: "Испытание аналитической модели самолета П-6 в SolidWorks"
Введение
В этом уроке пошагово будет рассмотрено и описано создание условий для аэродинамического моделирования
на примере модели экспериментального испытательного самолета П-6. В этот урок не включено моделирование, то
есть должна иметься модель.
Постановка задачи
Испытания направлены на то, что бы с помощью систем компьютерного моделирования произвести анализ формы
самолета на аэродинамическое сопротивление. С помощью системы математического моделирования CAE произвести
следующий ряд действий:
- создать условия, влияющие на полет самолета в реальной    среде, состоящих из факторов:
плотность окружающей    среды, атмосферное давление, температура,    набегающие
воздушные потоки, турбулентность.
- на основании изложенных выше факторов произвести    анализ влияния формы самолета на
встречный    воздушный поток;
В качестве входящих параметров будут использоваться данные:
1. Твердотельная CAD-модель, совместимая с системой CAE "COSMOS - FloWorks" воздухоплавательного средства;
2. Параметры окружающей среды для проведения испытаний на высоте 1000 метров в Международной стандартной атмосфере:
   - газовая среда - используется предопределенным      сочетанием параметров окружающей среды "Air";
   - атмосферное давление - 708 мм рт. столба;
   - температура окружающей среды - 8,5 C °;
   - абсолютная скорость фронтального набегающего потока      газа - 80 м/с;
   - интенсивность турбулентности - 1%;
   - длина турбулентности - 0.0205 м;
ИСПЫТАНИЯ
Создание проекта
После запуска пакета SolidWorks, с подключенной к нему системы FloWorks, надо открыть файл проекта. File -> Open и
указать файл проекта. Далее необходимо создать проект FloWorks: FloWorks -> Project -> New.
Указать Create new project, остальные поля изменять по усмотрению. Потребуется некоторое время для создания проекта.
Фото 4.15. Создаем новый проект в CosmosFloWorks.
Управление видом в системе SolidWorks:
Для того что бы удобно работать с объектом потребуется производить изменения угла обзора вида по отношению к объекту.
Для этого используется средняя кнопка мыши (mouse 3), клавиши Ctrl и Alt, а так же колесико мыши.
Для перехода к стандартным видам, справа внизу окна обзора объекта есть разворачивающийся список (на котором написано
"Настройка" или указан выбранный вид).
Установка характеристик окружающей среды:
Для начала надо установить удобные к восприятию единицы измерения. Перейдите к меню FloWorks - Units и установите
следующие параметры: Temperature - Celsius; Pressure & Stress - millimeter mercury (миллиметры ртутного столба):
Фото 4.16. Установка характеристик окружающей среды в CosmosFloWorks.
Переедите к меню FloWorks - General Settings.
Analysis Type:
   - Analysis type - External (Указание на то, что анализ      воздействия окружающей среды с объектом)
   - Consider closed cavities: Поставить галочку около Excjude        internal space (Означает, что
исключить из расчетов      внутренние части объекта)
Так как в данном случае ведется аэродинамический расчет, то другие параметры из пункта Analysis Type не
учитываются.
Фото 4.17. Настройка типа анализа в CosmosFloWorks.
Fluids:
Удалите все вещества из списка Projecl Fluids, а потом добавьте в список Air из списка Gases.
Далее проверьте, Flow type должен быть установлен в режим Laminar and Turbulent. И галочка Humidity
(влажность) должна быть снята.
Фото 4.18. Настройка среды (воздуха) в CosmosFloWorks.
Пункт Wall Condition оставьте без изменения.
В пункте Initial conditions установите следующие параметры:
   - Pressure: 708 mm Hg;
   - Temperature: 8.5 °C;
   - Velocity in Z direction: 80 m/s;
В пункте Turbulence Parameters установите следующие параметры:
   - Turbulence intensity: 1%
   - Turbulence length: 0.0205 m
Фото 4.19. Настройка среды (воздуха) в CosmosFloWorks.
Нажмите ОК.
На вопрос "The geometry of the model or project settings have been changed. Do you want to reset the
computational domain?" ответьте "Да".
Таким образом Вы автоматически расширите зону моделирования до рекомендуемой.
Характеристики среды указаны.
Указание дополнительных необходимых параметров
Расширение зоны исследования до рекомендуемой.
Нажмите FloWorks -> Initial Mesh. Снимите галочку с Automatic Settings, нажмите кнопку
Reset, нажмите OK, поставьте галочку на Automatic Settings вновь, нажмите OK. Так же
здесь можно увеличивая значение Level of initial Mesh увеличивать точность вычислений.
Ограничение по затрачиванию временных ресурсов.
Что бы ограничить вычисление в определенный отрезок времени, укажем системе некоторые ограничения на вычисления.
FloWorks -> Calculation Control Options.
Установите галочку у параметра Maximum calculation time и значение 600 s. Так же, если Вы освоились
в данной системе можно регулировать время расчетов по количествам итераций (циклов расчета) с помощью параметра
Maximum iterations.
Фото 4.20. Настройка времени проведения вычислений в CosmosFloWorks.
Запуск расчетов/перерасчетов.
Перейдите к пункту FloWorks -> Solve -> Run.
Если расчет делается впервые, то уставите следующие параметры:
Фото 4.21. Запуск проведения вычислений в CosmosFloWorks.
Если производится перерасчет с изменением параметров, не требующих производить расчет заново,
то следует установить пункт Continue calculation.
Фото 4.22. Запуск проведения вычислений в CosmosFloWorks.
После завершения расчета окно Solver можно закрыть.
Обработка результатов и подведение итогов.
Для удобного визуального отображения результатов перейдите к закладке FloWorks на панели
инструментов:
Фото 4.23. Переход на панель визуальных отобрадений в CosmosFloWorks.
С помощью следующих инструментов можно получить визуальное отображение значений:
   - Cut Plots - срез поверхности.
   - 3D Profile Plots - трехмерный срез поверхности (отражает      движение
тех или иных масс от плоскости на небольшое      расстояние), но уступает по функциям
     предыдущему инструменту.
   - Surface plots - покрывает объект графической      плоскостью.
   - Flow trajectories - траектории движения жидкости/газов в      пространстве.
Отражающий параметр, определяется в настройках: FloWorks - Result - View Settings.
Выполните поставленные задачи с помощью графических методов:
1. Перейдите FloWorks - Result - View Settings.
2. Установите :
   a. Parameter: Z-velocity; (Скорость по оси Z (фронтальная        ось));
   b. Min: 50 m/s; Max: 100 m/s;
   c. Выберите интересную вам палитру и количество цветов в        ней.
Фото 4.24. Переход на панель визуальных отобрадений в CosmosFloWorks.
3. Изобразим набегающий поток воздуха с помощью инструмента Flow Trajectories (FloWorks - Result - Insert
- Flow Trajectories).
4. Выделите все элементы объекта (или только интересующие) с помощью мыши, они добавятся в список Reference,
определите тип Define points by: Spacing и установите Spacing: 0.2 m.
Фото 4.25. Выделяем элементы объекта для визуальных отобрадений результата в CosmosFloWorks.
Перейдите в закладку "Settings" и установите Draw trajectories as: Line; Line width: 3;
Нажмите OK.
Построится Аэродинамическая модель обтекания объекта струей воздуха.
Таким образом, визуальным способом было показано воздействие объекта на фронтальный воздушный
поток и на его скоростные характеристики. С помощью такого метода можно легко выявить наиболее вредные
и полезные аэродинамические элементы аппарата.
Фото 4.26. Построение линий фронтального воздушный потока в CosmosFloWorks.
Изменяя параметры, описанные в предыдущих пунктах (FloWorks - Result - View Settings) можно
добиться прекрасного наглядного визуального результата. А так же рекомендуется использовать прочие визуальные инструменты.
ОТЧЁТ О РЕЗУЛЬТАТАХ ПРОВЕДЕННЫХ ИСПЫТАНИЙ
Введение
Одним из наиболее эффективных, быстрых и наглядных методов математического анализа модели самолета и испытание этой модели
является испытание в CAE системах. CAE (Computer Aided Engineering) системы предназначены для автоматизированных расчетов и
испытаний аналитической модели объекта в тех или иных заданных условиях.
Цели исследования
Данный отчет описывает результаты самостоятельной работы в сфере аэродинамического испытания аналитической модели
воздухоплава- тельного средства - двухместного одномоторного экспериментального самолета типа "утка" - П-6. Испытания направлены
на то, что бы с помощью систем компьютерного моделирования произвести анализ формы самолета на аэродинамическое сопротивление,
выявить элементы внешней формы, которые создают те или иные виды воздушного движения, а так же произвести общий анализ работы крыла.
С помощью системы математического моделирования CAE произвести следующий ряд действий:
   - создать условия, влияющие на полет самолета в реальной
     среде, состоящих из факторов: плотность окружающей      среды, атмосферное
давление, температура, набегающие      воздушные потоки, турбулентность.
   - на основании изложенных выше факторов произвести      анализ влияния формы самолета
на встречный воздушный      поток;
   - выяснить давление воздуха под крылом самолета;
   - выяснить движение воздушных масс, создаваемых формой      самолета, по вертикальной
оси (относительно воздухо-      плавательного средства);
Описание используемой CAE-системы.
Для выполнения целей исследования была выбрана система Solid Works 2007, а так же дополнительно подключаемый пакет
COSMOS FloWorks.
Система Solid Works 2007 использовалась так же в качестве CAD-системы на этапе построения аналитической твердотельной
модели самолета. CAE система COSMOS FloWorks специализируется на моделирование процессов, связанных с движением жидкостных и воздушных
массах, с взаимовоздействием этих масс, взаимовоздействием жидкостных/воздушных масс с твердотельными объектами с учетом различных
заданных физических характеристик (входящих параметров).
Испытания
Входящие параметры
Входящими параметрами для испытания являются:
   1. Твердотельная CAD-модель, совместимая с системой CAE        "COSMOS - FloWorks"
воздухоплавательного средства;
   2. Параметры окружающей среды для проведения        испытаний на высоте 1000
метров в Международной        стандартной атмосфере (характеристики представлены
         в табличке на рис. 4.10 на первой странице):
        - газовая среда - используется предопределенным
          сочетанием параметров окружающей среды "Air";
        - атмосферное давление - 94 390 Па;
        - температура окружающей среды - 8,5 C °;
        - абсолютная скорость фронтального набегающего
              потока газа - 80 м/с;
        - интенсивность турбулентности - 1%;
        - длина турбулентности - 0.0205 м;
Методика испытаний.
Методика проведения
испытаний
описана выше.
Результаты испытаний.
В результате испытаний были созданы необходимые для тестирования модели самолета условия, описываемые
во входящих параметрах.
Результаты испытаний представлены в виде графических приложений с обозначениями или толкованием тех или
иных показателей. Рекомендуется использовать данные приложения во время ознакомления со следующим материалом.
Анализ влияния воздействия формы самолета по на встречный воздушный поток.
"Фонарь"
Данная часть самолета, встречая воздушные потоки, создает вертикально поднимающийся поток со скоростью 3.3 м/с.
Носовая часть
Обладая хорошей обтекаемостью, носовая часть первая встречает фронтальный поток.
Так же площадь ее поверхности не велика, по сравнению с остальными деталями и конструкциями.
Данная часть не обязана выполнять поддержания аппарата в воздухе, создавая эффект крыла.
По вертикальной оси создается 2 потока: вверх со скоростью 6 м/с и вниз со скоростью 4 м/с.
Потери при прохождении воздушной массы данной части по горизонтальной поверхности воздушной массы
составили менее 5%, что говорит о том, что данная часть оказывает малое сопротивление.
Центроплан (исключая носовую часть)
Данная часть соединяет фюзеляж с крылом, а так же стыкуется с капотом двигателя. В области соединения
крыла с фюзеляжем (наплыв), наблюдается восхождение воздушных потоков по вертикальной оси со скоростью 6 м/с
(так же как и на фонаре).
В районе соединения капота с центропланом с верхней стороны самолета, воздушные массы двигаются вниз со
скоростью более чем 10 м/с. Данная часть создает наиболее вредное аэродинамическое воздействие.
Крыло и ПГО
Крыло - та часть, самолета, которая используя разность давлений в плоскостях под и над своей поверхностью,
должна удерживать аппарат в состоянии планирования.
Движение воздушной массы под крылом по вертикальной оси частично отрицательное, особенно в части соединения
крыла с оперением и центропланом, в остальных местах движение воздушных масс по вертикальной ~ 0 м/с.
Фото 4.27. Скорость воздушных потоков по вертикальной оси (м/с).
Движение воздушных масс по вертикальной оси.
Результаты испытаний показали, что поток воздуха, перемещающийся по вертикальной оси, под крылом и фюзеляжем самолета
составляет от -4,2 до -1м/с.
Фото 4.28. Скорость воздушных потоков по вертикальной оси (м/с).
Давление воздуха под крылом самолета.
Давление под крылом больше, окружающего, атмосферного давления на 4 мм ртутного столба, а давление над крылом больше
атмосферного на 20 мм ртутного столба.
Фото 4.29. Диаграмма распределения атмосферного давления вокруг ЛА.
Фото 4.30. Диаграмма распределения атмосферного давления при фронтальном обдуве ЛА воздушным потоком.
Это говорит о том, что крыло не обладает аэродинамичес- кими характеристиками, которые способны создать разницу в давлении в
пользу плоскости под крылом.
Вывод.
Опираясь на результаты тестирования, можно сказать, что конструкция самолета не эффективно использует "эффект крыла"
и данная модель должна быть переработана перед последующим тестированием для отправки на следующий этап производства.
Ссылка на авторство и сточник публикации обязательна.
15.02.2008.
Обсудить предложенную Николаем Андреевым методику и полученные результаты можно зайдя на форум СЛА-авиа
Скачать модель (в архиве) П-6 для SolidWorks 2007 можно здесь
Если у вас, по результатам испытаний модели в CosmosFloworks будут получены конкретные результаты,
пишите мне. Все результаты и методики будут публиукованы.
15.02.2008.
Назад, в оглавление
Все замечания по продувкам модели П-6 прошу направлять мне на почту
О том что будет дальше, следите за новостями.
|
|
|
Строим самолет: энциклопедия авиасамодельщика
AirplanePDQ - компьютерная
программа для расчета СЛА
САПР "Сударушка" - комплекс бесплатных и
условно-бесплатных программ для конструкторов и технологов. (Выпуск чертежей,
пространственное моделирование, прочностные и аэродинамические расчеты.)
CompuFoil3D - Программа
для изготовления шаблонов крыльев по технологии "moldless" основанной на использовании пенопласта.
FlowVision - С помощью этой
программы можно проводить моделирование поведения элементов конструкций в воздушной среде и
одновременно анализировать результаты расчета, менять граничные условия и параметры математической модели.
Advanced Aircraft Analysis (AAA) - Это
CAD/CAE система для моделирования в области авиастроения, содержит инструменты для моделирования элементов
корпуса самолета и набор модулей для расчетов прочности, тестирования и оптимизации. Эту программную систему
используют университеты, производители авиатехники и военные организации в более чем 40 странах мира.
Design Software от
Desktop Aeronautics software - Это комплекс программ для моделирования в области
авиастроения, содержит инструменты для моделирования элементов корпуса самолета, профилей и набор модулей
для расчетов, тестирования и оптимизации.
AIRPLANE DESIGN CALCULATOR от
Lee Van Tassle - Инструмент для расчета параметров самолета (в виде электронной
таблицы Excel)
JAR_VLA от
Сутормина Е.Г. - Программа определения основных геометрических характеристик
самолета и действующих на них нагрузок по европейским нормам Jar Vla. (в виде электронной
таблицы Excel)
Упрощенный расчет крыла по Кондратьеву с форума
АЭА - Программа для упрощенного расчета прочности крыла
свободнонесущего моноплана (в виде электронной таблицы Excel)
|
|
|
|
|
|
|