Математичне моделювання аеродинаміки та динаміки руху транспортних апаратів типу Maglev з використанням методу дискретних особливостей

Abstract

Перехід суспільства на якісно новий технічний рівень є, центральною ланкою сьогодення. Високі темпи науково-технічного розвитку і глобалізації економіки в XXI ст. вступає у протиріччя з невисокими темпами розвитку і можливостями модернізації існуючих транспортних систем. Необхідні ефективні якісні технічні рішення з кардинального якісного підвищення швидкостей та пропускної здатності транспортних систем. Необхідною вимогою є зниження енергетичних затрат та підвищення безпеки. Окрім цього формуються жорсткі екологічні вимоги. Економічного зростання України можуть сприяти проривні технологічні рішення в галузі транспортних систем.. Впровадження нових технологій на нових фізичних принципах може сприяти якісному стрибку економічного розвитку країни. Розробка та впровадження таких нових технологій, як Maglev та Hyperloop є необхідною умовою науково-технологічного розвитку суспільства. Проте створення такого високошвидкісного транспорту з застосування вказаних технологій вимагає вирішення цілого ряду наукових проблем. В статті розглянуто зв’язану задачу моделювання аеродинаміки та динаміки руху швидкісних наземних транспортних апаратів. Для ефективного використання аеродинамічних ефектів пропонується обладнати транспортний апарат крилом, завдяки якому будуть розвантажуватися магнітолевітаційні пристрої. Це дозволить більш зменшити енергозатрати на підтримку транспортного апарата над шляховою структурою. Окрім цього наявність несучих поверхонь можна використовувати для сприяння стабілізації руху. Моделювання аеродинамічних процесів проведено шляхом використання сингулярних інтегральних рівнянь. Для цього несучу систему транспортного апарата представлено набором приєднаних та вільних дискретних вихорів. Застосування моделі ідеальної рідини для розрахунку несучої системи магнітолевітуючого транспортного апарата дозволяє сформулювати аеродинамічну задачу як задачу Неймана для рівняння Лапласа. Транспортний засіб має складну геометричну форму, тому при моделюванні його обтікання передбачено кілька поверхонь сходу нестаціонарного сліду. Для розрахунку параметрів стійкості руху розв’язано систему диференціальних рівнянь динаміку руху транспортного апарата поблизу шляхової структури. Результати моделювання показали, що використання екранного ефекту, що формується під впливом близькості шляхової структури сприяє розвантаження магнітолевітаційних пристроїв. Близькість землі створює небезпеку зіткнення транспортного апарата з шляховою структурою при втраті динамічної стійкості. Наявність несучих поверхонь транспортного апарата сприяє покращенню параметрів стійкості.