Публикации
Амфибия
Уже в течение многих лет мы зачаровано смотрим на диво, величественно поднимающееся из воды в фильме "Джеймс Бонд"...
Если вы думаете, что я имею ввиду Урсулу Андресс, Холли Берри или Дэниел Крейг, подумайте еще раз. Я - инженер, и для меня страсть к субмаринам Lotus Espirit из фильма "Шпион, который меня любил", - всё равно что для подростка увлечение известным актёром, по сценарию выходящим из воды. Я мечтаю о машине, которая может перемещаться по дороге, плавать в воде, летать в воздухе и даже варить мне хорошее холодное пиво, пока я смотрю футбол. Lotus Espirit довольно красиво вписался в оба фильма.
Когда передо мной поставили задачу продемонстрировать новые области применения"перекрывающихся сеток" STAR-CCM+, я рыскал по интернету с целью найти модель Lotus Espirit. В конце концов, мне пришлось согласиться на достойную замену такой модели, десантно-гусеничную машину-амфибию (Assault Amphibious Vehicle (AAV7A1)), принятую на вооружение Корпуса морской пехоты США. Трудности проектирования машин-амфибий являются главной причиной, почему они немногочисленны и редки в производстве.
В случае с AAV7A1, наличие двух скоростных режимов (скорость в воде и скорость на суше) в экстремальных условиях вместе с легкой бронью, не утяжеляющей вес амфибии, заставляют работать в ограниченном проектном пространстве. Одной из основных сложностей при разработке такого транспортного средства является переход из суши в воду или наоборот. Безопасность членов экипажа и транспортного средства в целом имеет первостепенное значение при таком переходе из одной среды в другую.
Как правило, оптимизации кораблей проводятся в расчётных режимах (например, чтобы получить оптимальные эксплуатационные качества при расчётной осадке и скорости);
Вследствие постоянного роста цен на топливо и растущего спроса на авиа-услуги авиастроительные компании были вынуждены пересмотреть свои подходы к разработке самолёта.
Многие параметры играют важную роль в поведении амфибии при её вхождении в воду или выходе на сушу. Скорость транспортного средства, направление по отношению к воде и наклон берега являются наиболее важными параметрами. Ключевыми факторами в оценке безопасности вхождения на берег являются максимальный угол тангажа и угол крена при вхождении транспортного средства в воду, максимальные ускорения транспортного средства и погружение двигателя и салона. Форма корпуса, распределение веса и размер транспортного средства уже определены на основе требований для достижения надлежащей производительности на суше или на море. Испытания на безопасность, как правило, проводятся на прототипе в опытном бассейне с использованием различных углов наклона земли и скорости вхождения в воду.
До испытания прототипа моделируется погружение транспортного средства в воду, позволяющее исследовать форму корпуса транспортного средства и оптимизировать её в соответствии с углом наклона, ускорением и поведением при погружении. Амфибииизвестны тем, что на их разработку уходит много времени и тратится много средств, что вытекает из необходимости проведения всесторонних испытаний на надлежащий уровень безопасности. Численное моделирование может снизить время и стоимость разработки, одновременно предоставляя наиболее полную и точную информацию о поведении транспортного средства. Приведём пример:
В расчёте использовалась возможность STAR-CCM+ "Перекрывающиеся сетки"(Overset Meshes). Наклон берега составлял 20°, а начальная скорость транспортного средства - около 22 миль/ч. Предполагалось свободное погружение транспортного средства в воду. Область перекрытия состояла из многогранных ячеек, а фоновая сетка - из усечённых шестигранных ячеек, что позволило точно описать свободную поверхность воды. Качественное измельчение интерфейса между водой и воздухом и вокруг транспортного средства позволило корректно смоделировать всплеск воды при погружении. Общий размер сетки составил 18M объёмных ячеек. Для предписания плоской волны воды использовался метод “Объёма жидкости” (Volume of Fluid - VOF). Пока колёса транспортного средства не коснулись поверхности воды, телу было предписано поступательное движение с 1 степенью свободы. Затем использовались другие степени свободы для расчёта возникающего ускорения и углов атаки. На рисунке показано вхождение амфибии в воду при угле наклона 20°. Как и ожидалось, при таком большом угле наклона происходит резкое погружение транспортного средства в воду. Время, затраченное на весь расчёт, начиная с работы с моделями CAD и заканчивая получением решения, составило чуть меньше двух дней.
Простой в использовании модуль Optimate позволяет разработчикам мгновенно рассчитать углы атаки, ускорение и погружение транспортного средства под разными углами наклона и волновыми колебаниями и изменить (оптимизировать) форму корпуса для безопасного погружения в воду. В результате инженеры могут быстро проанализировать многочисленные конфигурации модели и построить конечный прототип, удовлетворяющий требованиям проекта. Конечно, “нет шика без содержания” (г-н Бонд тому свидетельство); возможность перекрывающихся сеток уже хорошо проверена в различных областях применений. Простое, точное моделирование у Вас под рукой!
Так что запускайте сессию STAR-CCM+, используйте все предыдущие условия, которыми Вы пользовались для расчёта движущихся тел в небольшом пространстве, воспользуйтесь моделью перекрывающихся сеток и вперёд!
