Вычислительный эксперимент в дисциплине "теория и практика физического моделирования" Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ОБУЧЕНИЯ

УДК 536.24

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ В ДИСЦИПЛИНЕ «ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ»

С.И. Стреляев, О.А. Евланова, О.А. Фомичева

Приведен пример использования специализированного программного модуля в лабораторном практикуме по прикладным дисциплинам, связанным с проектированием летательных аппаратов.

Ключевые слова: математическое моделирование, вычислительный эксперимент, программный модуль, летательный аппарат, объект бронетанковой техники.

Успешное усвоение предмета «Теория и практика физического моделирования», предусмотренного учебным планом специалитета по направлению подготовки 24.05.01 «Проектирование, производство и эксплуатация ракет и ракетно-космических комплексов», требует приобретения студентами навыков использования специализированных программных продуктов, позволяющих моделировать воздействие окружающей среды на летательный аппарат (ЛА) и объекты фоноцелевой обстановки. Для проведения вычислительного эксперимента при проведении лабораторного практикума используется модуль, моделирующий сочетание атмо-сферно-климатических параметров в любой точке Земли, исключая географические полюса. В модуле применен комплексный подход к определению характеристик погоды, с учетом их корреляции. Он позволяет вычислить набор параметров внешней среды, оказывающих влияние на функционирование сложных антропогенных объектов: температуру и влажность воздуха, балльность облачности, высоту нижней границы облачности (НГО), метеорологическую дальность видимости (МДВ), скорость и направление ветра, интенсивность осадков, зенитный угол Солнца, температуру земной поверхности. Входными данными для модуля, кроме

204

таблиц статистических данных о метеофакторах, являются климатический район и время, для которого производится расчет (расчетный момент времени суток) (рис. 1).

Климатический район задается географической широтой характерной точки района, для которой собраны таблицы статистических данных в ГОСТе «Климат СССР». Выходные параметры данного модуля используются в лабораторных работах по моделированию внешнего обтекания поверхности ЛА, а также сложных трехмерных конструкций наземной техники. На рис.2,3 представлены фрагменты интерфейсных окон модуля «Расчет нагрева ОБТТ». Главное окно упорядоченно по основным группам, позволяя пользователю выбирать и редактировать исходные параметры расчета: образец бронеобъекта (танк, снаряд самоходного артиллерийского орудия (САО), боевая машина пехоты (БМП), бронетранспортер (БТР)), режим его функционирования, сезон года и время суток, температуру, скорость и направление ветра.

Рис. 1. Структура входных данных и определяемых атмосферно-климатических параметров

7 Расчет нагрева ОБТТ

Файл i Расчет Справка

Выбор образца вооружения 0 М1А2 Abrams OM109B¡son

О М2А2 Biadly О M113

;j'.-iKi ih"bl J'|;iSi-.LÍ'«!-iipUS.Jh:ivi JÜpdJUUE: Б TT

Количество

Номер редактируемого э

История боевого Функционирования 1 -й этап: режим Функ-ния - марш Время началаэтапа -13:10 Продолжительность этапа - 00:45 Температура окружающего воздуха - 23 Начальная температура объекта БТТ -18 Сезон гона - Лето Скорость ветра - 2 Направление ветра -135 Скорость движения ОБТТ -12 Направление ОБТТ -135

2-й этап: режим Функ-ния - марш Время началаэтапа -13:55 Продолжительность этапа - 00:45 Температура окружающего воздуха - 23

Сезон года

N° El

] Ввод расчетных параметров Просмотр п

р'.-¡К' с:.!!- -;■:••■•- .1 .. -

Параметры времени

|Г:3:Т0||

Продол»

00:45

Параметры стрельбы

■ Одиночный выстрел

Серия выстрелов

марш

Температуры (град. С} Температура окружающего воздуха Начальная температура объекта БТТ Скорость и направление Скорость ветра Направление ветра

Л

Скорость движения ОБТТ 12 j Направление ОБТТ ie действия

? Запомнить параметры

X Сброс i

J Допол-ные параметры

Housekeeping ¡nformation: points - 2374 links -2186 section - 3

Рис. 2. Главное окно модуля «Расчет нагрева объектов бронетанковой техники»

205

Известия ТулГУ. Технические науки. 2017. Вып. 11. Ч. 2

Файл Показать Расчет Справка

Ввод расчетных параметров | Просмотр геометрии

Housekeeping information: points - 2374 links - 2186 section - 3 Num

Рис. 3. Окно просмотра геометрии моделируемого образца

В меню Показать содержатся команды, предназначенные для наглядного представления геометрического облика выбранного объекта. Результаты расчета температуры в узловых точках представляются в виде таблицы, которую можно сохранить в текстовый файл. Визуальный просмотр и анализ рассчитанных тепловых полей объекта возможен с помощью специализированной программы «View3D», позволяющей представить температурное поле поверхности в виде трехмерной цветовой картины (рис.4).

а

б

Рис. 4. Пример визуализации результатов моделирования теплового поля бронеобъектов: а - САО; б - БТР

206

Результаты описанной процедуры математического моделирования являются исходными данными для последующего физического эксперимента в лабораторных условиях. Он проводится на специализированных полунатурных моделях в лаборатории [1,2].

Таким образом, представленный подход к организации лабораторного практикума реализует сочетание математического и полунатурного физического моделирования, что соответствует реальному процессу инженерного проектирования опытных образцов изделий в конструкторских бюро машиностроительного направления. С точки зрения современных требований федеральных государственных образовательных стандартов, утвержденных Министерством образования и науки РФ, изложенный пример использования специализированных программных продуктов и физических моделей дает возможность при промежуточном рубежном контроле оценить не только компетенции знания, но умения и владения.

Список литературы

1. Тепловой имитатор объекта бронетанковой техники: пат. 74702 РФ. Опубл. 10.07.2008.

2. Стреляев С.И. Полунатурная тепловая модель танка // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2012. Вып. 11. Ч. 1. C. 65-71.

Стреляев Сергей Иванович, д-р техн. наук, проф., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Евланова Ольга Александровна, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Фомичева Ольга Анатольевна, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет

COMPUTING EXPERIMENT IN DISCIPLINE "THEORY AND PRACTICE OF PHYSICAL MODELLING"

S.I. Strelyaev, O.A. Evlanova, О.А.Fomicheva

The example of use of specialized software module in a laboratory workshop on the application-oriented disciplines connected to design of aircraft is given.

Key words: mathematical modelling, computing experiment, software module, aircraft, object of the armored equipment.

Strelyaev Sergey Ivanovich, doctor of engineering sciences, professor, sergeys-trelarambler. ru, Russia, Tula, Tula state university,

Evlanova Olga Aleksandrovna, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,

Fomicheva Olga Anatol evna, candidate of technical sciences, docent, olir77@,mail.ru, Russia, Tula, Tula State University