Математичне моделювання впливу просторового положення високошвидкісного наземного транспортного засобу на його аеродинамічні характеристики

Abstract

Розглянуто проблему моделювання аеродинаміки високошвидкісного наземного транспортного засобу. Математичне моделювання аеродинаміки транспортних апаратів є доволі складною та актуальною задачею. На сьогодні найбільш досконалі математичні моделі аеродинаміки побудовані на фізичних властивостях в’язкого стисливого газу та основуються на рівняннях Нав’є-Стокса. Реальні течії навколо транспортних апаратів є турбулентними. Розрахунок таких течій залишається однією з найбільш складних проблем. На сьогодні в обчислювальній аеродинаміці відсутні універсальні математичні моделі турбулентності. Надійне передбачення характеристик турбулентних потоків, відноситься до винятково важливої наукової проблеми і пов’язане з складністю та недостатнім вивченням турбулентності як фізичного явища. Метою роботи є побудова математичної моделі, числового методу, алгоритму розв’язування задачі та створення програмного забезпечення для дослідження аеродинамічних характеристик високошвидкісного наземного транспортного засобу типу Maglev. В статті розглядається задача моделювання аеродинаміки високошвидкісного наземного транспортного засобу. Для опису течії навколо транспортного засобу використано осереднені за Рейнольдсом рівняння Нав’є-Стокса. Для замикання осереднених за Рейнольдсом рівнянь Нав’є-Стокса застосовано двопараметричну модель турбулентності SST Ментера. Модель SST за якістю перевершує ряд інших моделей турбулентності, але за обчислювальною простоті і витратам поступається моделям з одним рівнянням. Розроблено методику, алгоритм розв’язування задачі, та програмне забезпечення. Для числового інтегрування системи диференціальних рівнянь використано скінченно-об’ємний метод. Задача розв’язувалася в багатоблочній постановці. Проведено тестування розробленої методики на стандартних задачах аеродинаміки. Виконано числове моделювання аеродинамічних характеристик високошвидкісного наземного транспортного засобу. Всі розрахунки проводилися для числа Рейнольдса Re=3,8*106 та числа Маха M=0,15. Числове моделювання проводилися на гексаедральній багатоблоковій сітці, що складалася з 3,3 млн. вузлів. Досліджено вплив просторового положення корпусу високошвидкісного наземного транспортного засобу відносно шляхової структури на аеродинамічні характеристики. Проведені дослідження показали, що величина куту встановлення транспортного засобу відносно шляхової структури істотно змінює його аеродинамічні характеристики. Подальший аналіз теоретичних та практичних досліджень показує, що аеродинамічні характеристики мають значний вплив на динаміку руху високошвидкісного транспортного засобу. Таким чином для забезпечення потребних параметрів динаміки руху високошвидкісного наземного транспортного засобу необхідно ураховувати його аеродинамічні характеристики.