ВВЕДЕНИЕ 5
1 Исследование гидродинамических и аэродинамических характеристик транспортных средств 7
1.1 Краткая биография Архимеда 7
1.2 Равномерное прямолинейное движение 10
1.3 Гидродинамика 11
1.4 Расчетная область и подвижные тела 14
2 Среда разработки 15
2.1 Знакомство с инструментами моделирования 15
2.2 Знакомство с интегрированной средой 17
3 Моделирование аэродинамических характеристик транспортных средств 18
3.1 Влияние размеров и размещения дефлектора плоской крыши кабины на аэродинамические характеристики 18
3.2 Моделирование геометрии кузова и сеточной модели 19
3.2.1 Создание сеточной модели 20
3.2.2 Параметризация и оптимизация геометрии 21
3.2.3 Методология расчёта на основе поверхности отклика и граничные условия 22
3.2.4 Численные процедуры и граничные условия 23
3.3 Результаты и подведение итогов 24
4 Моделирование гидродинамических характеристик транспортных средств 32
4.1 Проектирование морского судна и расчётной области 32
4.2 Построение сеточной модели 35
4.3 Запуск задачи на счёт и промежуточные результаты 37
4.4 Реализация подвижной модели судна 38
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 40
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 42
Основная задача данной работы – изучение и моделирование движения морских и наземных подвижных объектов. В качестве морского объекта выбрано грузовое морское судно, движущееся в условиях морского волнения. Наземный движущийся объект является грузовик, с различными формами кузова. Познакомиться с инструментами моделирования движения морских и наземных подвижных объектов, реализовать 3–х мерные модели. Целью данной работы является изучение физических основ и компьютерное моделирование движения морских и наземных подвижных объектов. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
– вспомнить законы механики, гидродинамики, аэродинамики;
– реализовать модель морского судна в статике без учёта волнения морской среды;
– реализовать модель морского судна с учётом сил сопротивления и морского волнения;
– смоделировать наземный грузовой автомобиль с различными формами кабины, для изучения аэродинамических характеристик;
Данная задача весьма обширна и требует хороших вычислительных показателей от ЭВМ.
Работа почти всех современных транспортных средств напрямую связана со взаимодействием их с окружающей средой. Изучение этих взаимодействий представляет практический и экономический интерес. Характеристики потока определяют аэродинамические силы, действующие на автомобиль, определяют гидродинамические силы, действующие на судно, которые влияют на количество потребляемого горючего и устойчивость автомобиля или судна. Актуальными являются задачи построения полной картины обтекания, уменьшения сопротивления воздуха движению автомобиля, уменьшению обтекаемости корпуса судна, исследования действующих на отдельные детали кузова сил, уменьшения таких нежелательных явлений как загрязнение поверхности автомобиля и аэродинамические шумы. Экспериментальные исследования их сложны и трудоемки. Для этого были разработаны различные CFD системы, позволяющие проводить тестирование новых разработанных транспортных средств без особых затрат.
В данной работе были рассмотрены влияния аэродинамических и гидродинамических характеристик на транспортные средства. Были созданы две модели транспортного грузового судна. Первая модель представляет собой демонстрацию выталкивающей силы, действующей на корпус судна, находящегося в состоянии покоя и в идеальных погодных условиях. Далее создана модель судна в движении с постоянной скоростью, демонстрирующая гидродинамическую обтекаемость корпуса корабля при наличии аэродинамического сопротивления и морского волнения. В качестве моделирования наземного транспорта, был выбран грузовой транспорт. Эксперимент проведён в условиях сильного ветра, движущегося со скорость 100 км/ч и изучены влияния аэродинамических характеристик на кузов автомобиля. Для сравнения полученных результатов, первая модель разработана без дефлектора на крыше автомобиля, вторая модель имеет обтекаемый дефлектор. Рассмотрено влияние данного дефлектора на коэффициент лобового сопротивления в зависимости от его параметров.
1. Пшихопов, В. Х. Позиционно–траекторное управление подвижными объектами, 2009. – С.14-18.
2. Федотов, А.А. Позиционно-траекторная система прямого адаптивного управления морскими подвижными объектами [Электронный ресурс] / Режим доступа: URL:ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2014/2496 – Дата доступа: 12.05.2020
3. Бюшгенс, Г. С., Студнев Р.В. Динамика полета. Пространственное движение, 1983.– С.15-17.
4. Гуренко, Б.В. Разработка и исследование математической модели автономного надводного мини-корабля «Нептун» [Электронный ресурс] / Режим доступа: URL:ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2013/1918– Дата доступа: 21.03.2021
5. Бюшгенс, Г. С., Студнев Р. В. Аэродинамика полета. Динамика продольного и бокового движения, 1979. –С.29- 31.
6. Дегтярь, В. Г., Пегов В. И. Гидродинамика баллистических ракет подводных лодок. Монография – ФГУП «ГРЦ «КБ им. акад. В.П. Макеева», 2004.– С.92.
7. Краснов, Н.Ф. Аэродинамика в 2-х ч., ч.1. М: “Высшая школа”, 1976.– С.33-34.
8. Лойцянский, Л.Г. Механика жидкости и газа. Москва-Ленинград: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1950.– С.502.
9. Справочник по теории корабля, в 3-х томах, т.2, 1968. –С.297-298
10. Описание функции draw [Электронный ресурс] / Режим доступа: https://p5js.org/reference/#/p5/draw – Дата доступа 17.04.2020
