1 Общие принципы моделирования аэродинамического воздействия на тела
Для моделирования аэродинамического воздействия на тела многокомпонентной механической системы в программном комплексе EULER используется традиционный подход, основанный на задании аэродинамических коэффициентов обтекания тел в воздушном потоке. Значения аэродинамических коэффициентов могут быть получены по результатам продувок в аэродинамической трубе, в результате компьютерного моделирования обтекания в специализированных программных комплексах гидро-газодинамического моделирования (CFD – Computational Fluid Dynamics) или на основе имеющихся эмпирических зависимостей. При заданной форме обтекаемого тела значения аэродинамических коэффициентов зависят главным образом от углов обтекания (углы атаки и скольжения для летательного аппарата) и числа Маха набегающего потока, а также от интерференции других близко расположенных тел, характеристик шероховатости поверхности тела и других факторов. Значения аэродинамических сил определяются произведением аэродинамического коэффициента на характерную площадь тела, к которой отнесен коэффициент, и на скоростной напор набегающего потока, а также на характерный размер тела для аэродинамических моментов.
Для моделирования аэродинамических воздействий в программном комплексе EULER используются следующие объекты:
В объектах типа среда задаются плотность вещества среды, скорость звука в среде, давление и температура в среде, параметры движения среды, например, скорость ветра. Параметры среды могут иметь переменные значения в трехмерном пространстве.
Для удобства задания аэродинамического воздействия на тела различной внешней формы в EULER реализован ряд силовых элементов:
− аэродинамическая сила на осесимметричный летательный аппарат с аэродинамическими рулями управления;
Во всех перечисленных силовых элементах в качестве параметров задаются:
− указатель на само тело;
− базовый узел задания аэродинамических коэффициентов, который жестко связывается с телом; в некоторых силовых элементах задается не сам узел, а его центр – базовая точка и направление осей внешней формы тела;
− характерные аэродинамические площадь и длина, к которым приведены аэродинамические коэффициенты;
− функции аэродинамических коэффициентов;
− точка взаимодействия тела со средой, которая жестко связывается с телом; в этой точке определяются параметры набегающего потока, визуализируются сам силовой элемент и векторы его аэродинамических сил и моментов;
− другие параметры.
Для расчета сил и моментов аэродинамического воздействия последовательно определяются:
− параметры набегающего потока (заданной среды) в точке взаимодействия тела со средой;
− углы ориентации тела относительно набегающего потока (углы атаки и скольжения);
− значения аэродинамических коэффициентов;
− значения сил и моментов аэродинамического воздействия на тело.
Для расчета параметров среды могут использоваться следующие специализированные массивы датчиков:
− кинематические параметры взаимодействия тела со средой;
− параметры среды.
Значения этих датчиков можно использовать для вычисления значений аэродинамических сил в датчиках-выражениях и далее, подставив их в силовые элементы «сила по датчикам на одну точку» и «момент по датчикам на одну точку» можно моделировать силовое аэродинамическое воздействие на тело. В некоторых случаях это удобнее, чем использование специализированных силовых элементов аэродинамического воздействия.