English

 Вы смотрите архивную версию сайта ФГУП "ЦАГИ", перейти на действующий сайт

4.05.2010

20.05.2010
Исследование процессов формообразования и аэроупругости планирующих парашютов на ЭВМ

Список докладов

1. Апаринов В.А. (НИИ парашютостроения). Комплекс программ для исследования на ЭВМ аэроупругих характеристик планирующих парашютов.

2. Ставцев С.Л. (ИВМ РАН), Морозов В. И. (НИИ парашютостроения), Сетуха А. В. (ВВА им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина). Решение задачи формообразования планирующего парашюта.

3. Кирякин В. Ю. (НИИ железнодорожного транспорта), Сетуха А. В. (ВВА им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина). Решение задач аэродинамики и аэроупругости планирующих парашютов.

Предлагаемые доклады посвящены развитию методов математического моделирования на ЭВМ процессов формообразования и аэродинамики планирующих парашютов. Планирующий парашют представляет собой сложную аэроупругую систему, геометрическая форма которой возникает в результате сложных процессов взаимодействия аэродинамических и упругих сил. В рамках излагаемой работы ставилась задача определения конечной формы планирующего парашюта и его аэродинамических характеристик.

Разработан комплекс программ, предназначенный для моделирования на ЭВМ единого процесса обтекания и формообразования планирующего парашюта при малых дозвуковых скоростях с учетом развития вихревого следа и определения напряженно-деформированного состояния (НДС) парашюта, а также аэродинамической нагрузки и коэффициентов аэродинамических сил и моментов, действующих на парашют.

Используемая математическая модель основана на совместном использовании метода сосредоточенных масс и метода вихревых ячеек (модифицированного метода дискретных вихрей) применительно к парашютной тематике. Таким образом, основу комплекса программ составляют: программа задания исходной конструкции планирующего парашюта, программа расчета на ЭВМ наполненной формы и напряженно-деформированного состояния парашюта и программа моделирования на ЭВМ нестационарного отрывного обтекания парашюта. В результате образована единая программа расчета на ЭВМ аэроупругих характеристик парашюта, которая по своим возможностям и специализированному интерфейсу является уникальной.

В рамках описываемой модели сначала определяется приближенная наполненная форма парашюта при заданном перепаде давления на основе метода сосредоточенных масс. Затем осуществляется расчет обтекания парашюта воздушным потоком на основе вихревого метода, в ходе которого происходит итерационное уточнение формы купола и характеристик напряженно деформированного состояния купола на основании распределения перепада давления, получаемого в аэродинамическом расчете.

В соответствии с методом сосредоточенных масс парашют представляется в виде пространственно расположенных точечных масс. Эти массы сосредотачиваются в расчетных точках и шарнирно соединяются между собой невесомыми упругими стержнями (нитями), работающими только на растяжение. Образуется расчетная сетка, моделирующая упругие свойства конструкции. При этом создаются две независимые сетки — для силового каркаса со стропами и для ткани. Общая расчетная схема парашюта формируется путем наложения этих двух сеток. Массы совпадающих узлов сеток и жесткости, подходящих к ним невесомых упругих стержней, суммируются. Аэродинамические нагрузки, действующие на поверхность купола парашюта, аппроксимируются системой сил, приложенных к расчетным точкам. При определении начальной формы купола и при уточнении формы решается система уравнений, описывающих динамику движения расчетных точек, при заданных аэродинамических силах, с учетом возникающих упругих сил.

Для математического моделирования обтекания купола парашюта воздушным потоком используется метод вихревых ячеек, который является модификацией известного метода дискретных вихрей [1–3]. Задача решается в нестационарной постановке в рамках модели идеальной несжимаемой жидкости. Сущность рассматриваемого метода связана с заменой поверхностей обтекаемых тел и вихревого следа, образующегося за ними, вихревыми слоями с последующей аппроксимацией этих вихревых слоев дискретной системой вихревых рамок. В процессе решения задачи на каждом временном шаге циркуляции вихревых рамок, моделирующих поверхность тела, находятся из системы линейных алгебраических уравнений, аппроксимирующих условие непротекания этой поверхности. При этом циркуляции вихревых рамок, сходящих в поток, и форма вихревого следа определяются в соответствии с теоремами о движении вихрей по траекториям частиц в потоке и о сохранении циркуляции скорости по любому контуру, движущемуся вместе с потоком.

В процессе выполнения расчета в каждый дискретный момент времени находятся положения вихревых рамок, моделирующих вихревой след, циркуляции вихревых рамок, моделирующих поверхность тела, и аэродинамическая нагрузка на куполе парашюта. Уточнение формы купола парашюта осуществляется по вычисленной аэродинамической нагрузке в дискретные моменты времени с шагом, заданным пользователем.

Список литературы

1. Белоцерковский С.М. Ништ М.И. Отрывное и безотрывное обтекание тонких крыльев идеальной жидкостью. — М.: Наука, 1978.

2. Апаринов В.А., Дворак А.В. Метод дискретных вихрей с замкнутыми вихревыми рамками. — М.: Труды ВВИА им. Н.Е.Жуковского, 1986, вып.1313.

3. Лифанов И.К. Метод сингулярных интегральных уравнений и численный эксперимент. — М.: Наука, 1995.

Заседание семинара состоится в Научно-мемориальном музее Н.Е. Жуковского по адресу ул. Радио, 17 в 10:00.

Новости ЦАГИ