CC BY
98
УДК 623.827
ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МОДЕЛИ ОБТЕКАТЕЛЯ В ПАКЕТЕ SOLIDWORKS FLOW SIMULATION
А. П. Попова, И. А. Дубровина, Л. А. Бабкина
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: popovaannapavlovna@mail.ru
Решена задача численного моделирования стационарного обтекания и расчета гидродинамических нагрузок, действующих на радиопрозрачный обтекатель. Геометрическая модель создана по алгоритмам трехмерного твердотельного моделирования с использованием системы автоматизированного проектирования SolidWorks. Численное моделирование гидродинамического воздействия на обтекатель выполнено в интегрированном пакете SolidWorks Flow Simulation. В работе рассмотрена модель при ее движении под водой на глубине 400 метров со скоростью 19,6 м/с. В результате моделирования получен уточненный закон распределения давления на стенки обтекателя. Результаты работы могут быть использованы при проектировании конструкции обтекателя.
Ключевые слова: численное моделирование, радиопрозрачный обтекатель, набегающий поток.
HYDRODYNAMIC CALCULATION OF RADOME MODEL
IN SOLIDWORKS FLOW SIMULATION
A. P. Popova, I. A. Dubrovina, L. A. Babkina
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: popovaannapavlovna@mail.ru
The task of fixed airflow numerical modeling and hydrodynamic load calculation on the radioparent radome is solved in this article. Geometrical model is worked out due to algorithms of solid modeling with the use of the computer-aided design system SolidWorks. Numerical simulation of hydrodynamic pressure on the radomeis designed as an integrated package SolidWorks Flow Simulation. This article is concerned with the model moving in water in the depth of400 m at a speed of 19,6 m/c. As a result of modeling more precise pressure law on radome walls was formed. The findings of this investigation may be used by radome design.
Keywords: numerical modeling, radioparent radome, free-stream flow.
Обтекатель - это конструкция, которая уменьшает аэродинамическое сопротивление объекта при обтекании потоками жидкости или газа [1].
Обтекатели предназначены для защиты антенных устройств различных радиотехнических комплексов от внешнего воздействия ветра, влаги, температуры, механических ударов и других воздействий, и улучшения обтекаемости объектов, на которых он установлен. Их применение позволяет существенно продлить срок службы антенн. Основными задачами проектирования обтекателей является: обеспечение высокой радиопрозрачности (подбор материла для изготовления), сохранение формы обтекателя при эксплуатации (выбор формы и конструктивных размеров обтекателя, подбор толщины стенок) [1-3].
В настоящее время все большую актуальность приобретают прочностные и аэродинамические расчеты с использованием CAD/CAE-систем, в которых можно проанализировать, как поведет себя конструкция в тех или иных эксплуатационных условиях [3].
В работе решена задача численного моделирования стационарного обтекания и расчета гидродинамических нагрузок, действующих на обтекатель. Геометрическая модель обтекателя создана по алгоритмам трехмерного твердотельного моделирования в системе автоматизированного проектирования SolidWorks (рис. 1).
Секция «Проектирование и производство летательных аппаратов»
-
А-А (1 : 10)
кА
Рис. 1. Геометрическая модель обтекателя
Рис. 2. Модель обтекателя в расчетной области
Интегрированном пакете вычислительной газо- и гидродинамики SolidWorks Flow Simulation [3].
Расчет можно описать несколькими этапами:
Этап 1. Помещение трехмерной модели антенны в расчетную область. Расчетная область представляет собой прямоугольный параллелепипед (рис. 2). Рассматривался случай обтекания радиопрозрачного обтекателя вдоль оси Х на внешнюю поверхность конструкции. Обтекание конструкции предполагалось при условии движения подводной лодки на заданной глубине с заданной скоростью.
Этап 2. Задание исходных данных внешней по отношению к модели среды. Текучая среда - вода (рис. 3); давление равно 4123000 Па, что соответствует глубине 400 м; скорость набегающего водного потока -19,6 м/с; температура среды - 8 °С.
Этап 3. Выполнение расчета при заданных общих настройках.
Общие настройки
Рис. 3. Задание параметров набегающего потока
Этап 4. Визуализация расчетов. Картины движения модели под водой представлены на рисунках 4 и 5 с помощью траектории потока (линий тока), графиков в сечениях (распределение давления, возникающего на поверхности обтекателя).
Рис. 5. Распределение давления при воздействии набегающего потока
Проанализировав результаты численного исследования, можно сделать выводы о нагружении обтекателя при его движении под водой. Как видно из графиков максимальное давление реализуется на передней стенке обтекателя, там, где происходит торможение водного потока. На противоположной стороне обтекателя возникает зона с пониженным давлением и образуется донная область.
Таким образом, в результате моделирования обтекания конструкции был получен уточненный закон распределения давления на стенки обтекателя.
Дальнейшая работа направлена на оптимизацию геометрии обтекателя (поиск минимальной толщины стенки конструкции для уменьшения массы и стоимости обтекателя), оценки его деформа-тивности и прочности под воздействием напора воды с разной скоростью и различной глубиной погружения.
Библиографические ссылки
1. Радиопрозрачные изделия из стеклопластиков / И. Г. Гуртовник, В. И. Соколов, Н. Н. Трофимов и др. М. : Мир, 2003.
2. Технология изготовления обтекателей из композиционных материалов / В. В. Василенко, Я. С. Карпов, С. П. Кривенда и др. Харьков, 2005.
3. SoПdWorks. Компьютерное моделирование в инженерной практике / А. А. Алямовский и др. СПб. : БХВ-Петербург, 2005. 800 с.
© Попова А. П., Дубровина И. А., Бабкина Л. А., 2016
