Численное исследование аэродинамических характеристик осесимметричного профиля с целью его оптимизации (2021)
На сегодняшний день одной из важных и актуальных задач науки аэродинамики является исследование и оптимизация аэродинамических характеристик форм тел в потоке газа. Данная проблема возникает при проектировании летательных аппаратов и различных судов и связана с рациональным выбором формы профиля по большому количеству различных характеристик и, в частности, по величине аэродинамического сопротивления.
В данной работе описываются методы оптимизации осесимметричного аэродинамического профиля в стационарном ламинарном невязком потоке газа под различны-ми углами атаки. Предлагаемый метод решения подобной проблемы оптимизации и численного исследования аэродинамических характеристик описанного тела в потоке является актуальным ввиду сложности ее решения, например, традиционными методами на основе системы дифференциальных уравнений Навье-Стокса. Экспериментальные методы имеют своей основой дорогостоящие и затратные по времени инструменты, не гарантирующие нахождение оптимума. Такой вычислительный инструмент, например, как Ansys Fluent хорошо приспособлен для решения подобных задач гидроаэродинамики и позволяет не только ускорить и удешевить процесс проведения вычислительного эксперимента, но и повысить эффективность его проведения.
В статье описывается процесс поиска оптимума, сводящийся к минимизации лобового сопротивления ранее описанного нами осесимметричного профиля. Также приводится описание параметризации геометрии профиля крыла и его анализ посредством предлагаемого программного комплекса.
Результатом проведенного численного исследования является полученное описание аэродинамических характеристик оптимизированной формы профиля для различных скоростей потока газа.
Today, one of the important and urgent tasks of the aerodynamics science is the study and optimization of aerodynamic characteristics of optimized profile shapes in a gas flow. This problem arises in the design of aircraft and various vessels and is associated with a rational choice of profile shape for a large number of different characteristics and, in particular, in terms of aerody-namic drag.
In this paper, consider methods for optimizing an axisymmetric aerodynamic profile in a stationary laminar inviscid gas flow at different angles of attack. The proposed method of solving such a problem of optimization and numerical study of aerodynamic characteristics of the de-scribed body in the flow is relevant due to the complexity of its solution, for example, by traditional methods based on the Navier-Stokes system of differential equations. Experimental methods are based on expensive and time-consuming tools that do not guarantee finding the optimum. Such a computing tool as Ansys Fluent is well suited for solving such problems of hy-droaerodynamics and allows not only to speed up and reduce the cost of the computational ex-periment, but also to increase the efficiency of its implementation.
The article describes the process of finding the optimum, which reduces to minimizing the drag force of the previously described axisymmetric profile. A description is also given of the wing profile geometry parameterization and its analysis through the proposed software package.
The result of the numerical study is the obtained description of the aerodynamic characteristics of the optimized profile shape for various gas flow rates.
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Физика
- Префикс DOI
- 10.51368/1996-0948-2021-1-5-11
- eLIBRARY ID
- 44833475
