Механика. Рубрика в журнале - Труды Московского физико-технического института
Статья научная
Рассмотрена актуальная тема разработки «гибридных» конструктивно-силовых схем, в которых используются как металлические, так и композиционные отсеки кон- струкции планера. Исследования, проведенные в данной работе, посвящены поиску ре- шения задачи снижения веса металло-композитного соединения путем создания рацио- нальных силовых структур для металлических частей стыка, позволяющих гармонизо- вать локальные жесткостные свойства металлической и композитной частей металло- композитного стыка. В результате исследований был предложен ряд эффективных по весу конструктивных решений для композитных конструкций отсеков на основе сетча- тых и рамных конструктивно-силовых схем.
Бесплатно
Пристенная модель переноса напряжений Рейнольдса на основе данных прямого численного моделирования
Статья научная
Решается задача калибровки модели тройных корреляций скорости из состава дифференциальной модели для напряжений Рейнольдса на основе данных прямого численного моделирования (DNS) развитого турбулентного течения в канале. С использованием известных моделей тройных корреляций составляется тензорный базис. На основе изучения корреляции векторов тензорного базиса и вектора турбулентного переноса выделяются три калибровочные области. Предлагается процедура модификации коэффициентов модели для уменьшения их зависимости от числа Рейнольдса. Проводится сравнение профилей тройных корреляций скорости из данных DNS с профилями, полученными с помощью новой модели турбулентного переноса и одной из стандартных моделей.
Бесплатно
Статья научная
Во многих сложных практических задачах гидродинамики возникает необходимость моделирования течений с преобладанием конвективного переноса среды - таких, как многофазные, высокорейнольдсовые течения, задачи аэрогидроупругости и пр. Для их решения применение более узкоспециализированных методов зачастую эффективнее по сравнению с традиционными подходами, однако практическое применение новых перспективных методов напрямую зависит от наличия их программных реализаций. К таким методам относится метод конечных элементов с частицами PFEM-2. В его основе - процедура расщепления, обеспечивающая моделирование конвективного переноса путем перемещения лагранжевых частиц, а остальных процессов - решением задачи на эйлеровой сетке. До сих пор для PFEM-2 имелась единственная общедоступная программная реализация, выполненная коллективом создателей метода в рамках пакета Kratos. Автором разработан новый программный комплекс для моделирования вязких несжимаемых течений с помощью метода PFEM-2. Описанная в работе реализация обеспечивает более точные результаты при решении общепринятых тестовых задач. Программный комплекс опирается только на открытое свободно распространяемое программное обеспечение - библиотеки deal.II, p4est, Trilinos, пакет CMake, форматы UNV и VTK и др. Созданы параллельные реализации вычислительных алгоритмов с использованием технологий MPI и Nvidia CUDA, исследована эффективность распараллеливания расчетов на высокопроизводительных системах различных архитектур. Исходный код, а также описанные в работе тестовые задачи свободно доступны в репозитории github.
Бесплатно
Статья научная
На примере компоновки крыла и горизонтального оперения пассажирского самолета излагается методика проектирования формы сечений крыла, обеспечивающих минимальные индуктивные и волновые потери в сбалансированном крейсерском полете при заданных коэффициенте подъемной силы, запасе продольной статической устойчивости и числе Маха. Форма в плане и распределение относительных толщин на крыле и оперении фиксированы. Методика состоит из прямого расчета компоновки крыло-оперение, основанного на решении уравнения для полного потенциала скорости, аналитического представления контуров сечений крыла и метода поиска экстремума. В качестве целевой функции выбрано произведение максимального локального числа Маха на поверхности крыла на индуктивное сопротивление компоновки крыло-оперение.
Бесплатно
Пятый инвариант линий тока для осесимметричных закрученных течений газа
Статья научная
Для осесимметричных изоэнергетических течений идеального газа с закруткой в окружном направлении, которые могут быть небаротропными и вихревыми, наряду с известными четырьмя инвариантами линий тока показано существование пятого инварианта. Этот новый инвариант линий тока представляет собой комбинацию давления с компонентами скорости и завихренности. В частном случае нулевой окружной скорости новый инвариант совпадает с известным инвариантом Крокко для незакрученных течений.
Бесплатно
Разработка автономного подводного робота-рыбы с биомиметическими движениями
Статья научная
Разработка подводных аппаратов традиционно использует движители с винтами, что вызывает ограничение в маневренности, энергоэффективности и заметности мобильных систем. Биомиметический подход — одна из возможных альтернатив пути развития отрасли подводных робототехнических комплексов, однако этот подход имеет большое количество проблем, связанных с компоновкой, движителями, обтекаемостью корпуса и режимами управления движением робота. В данной работе изложены основные этапы разработки и экспериментальной реализации автономного подводного робота-рыбы с биомиметическими движениями хвостового плавника. В работе также рассмотрены теоретические результаты одной обтекаемой формы корпуса. Приведены основные этапы разработки компоновочной схемы робототехнической системы, подбор технологий производства с необходимыми требованиями к точности изготовления деталей и сборка прототипа устройства. Представлен автономный робототехнический комплекс, готовый к натурным испытниям и экспериментам с алгоритмами управления и движения обтекаемого хвостового плавника.
Бесплатно
Разработка стенда для моделирования видеопотока
Статья научная
Проектирование стенда для изучения алгоритмов определения траекторных параметров объекта по набору изображений.Использование технологии обработки изображений с помощью смарт-камер для определения параметров объекта.
Бесплатно
Разработка цифровой электронной подсистемы микромеханического гироскопа с кольцевым резонатором
Статья научная
Рассмотрены принципы разработки системы управления для микроэлектромеханического (МЭМ) гироскопа с кольцевым резонатором с максимально широким применением цифровых технологий. Приведено описание предложенной системы управления и результаты численного моделирования её работы. Показана возможность использования значения частоты первичных колебаний для высокоточного измерения температуры. Представлены результаты испытаний на автоматизированном испытательном стенде макетного образца гироскопа, полностью подтверждающие работоспособность разработанной цифровой системы управления.
Бесплатно
Распространение возмущений в пограничном слое в условиях слабого гиперзвукового взаимодействия
Статья научная
Исследованы процессы распространения возмущений в ламинарных пограничных слоях при больших скоростях внешнего потока. Впервые получено интегральное соотношение, определяющее скорость распространения возмущений для режима слабого гиперзвукового взаимодействия.
Бесплатно
Распространение возмущений в пограничном слоена вращающемся конусе в сверхзвуковом потоке газа
Статья научная
Ислледуется влияние вращения конуса в сверхзвуковом потоке газа на скорость распространения возмущений в пограничном слое. Производится расчет погранично- го слоя на вращающемся конусе в предположении безградиентного внешнего течения, рассчитывается диаграмма направленностей скорости распространения возмущения в пограничном слое.
Бесплатно
Расчетно-экспериментальный метод анализа напряженно-деформированного состояния (НДС) авиаконструкций
Статья научная
Предложена новая методика расчетно-экспериментального анализа напряженно- деформированного состояния (НДС) авиаконструкций с использованием спекл- голографической интерферометрии при сложном напряженно-деформированном состо- янии (НДС).
Бесплатно
Статья научная
Приведена методика проведения экспериментальных исследований обтекания мо- делей высотных зданий в условиях окружающей застройки в аэродинамической трубе Т-1-2 ЦАГИ в условиях приземного ветрового профиля и в равномерном потоке в рам- ках требований нормативной базы.
Бесплатно
Статья научная
Решается задача строгого обоснования факта максимальности энтропии на гладкой выпуклой носовой части поверхности тела, обтекаемого однородным сверхзвуковым потоком идеального газа в несимметричном случае. М. Д. Ладыженским еще до 1968 года было предложено доказательство этого факта, но только для тел вращения при некоторых малых углах атаки. Какая-либо оценка диапазона таких углов отсутствовала. В связи с этим академик А. А. Дородницын в 1968 году констатировал отсутствие строгого обоснования максимальности энтропии на гладкой выпуклой носовой части поверхности тела даже для тел вращения (тем самым поставив задачу найти такое обоснование). Для несимметричных носовых частей и для осесимметричных тел под углом атаки строгое обоснование было получено Г. Б. Сизых в 2019 году. Соответствующее доказательство было опубликовано в кратком виде так, что обоснованность некоторых шагов доказательства оказалась сложна для понимания. Доказательство 2019 года приводится в развернутом виде, с подробным обоснованием всех шагов.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены вопросы применения системного подхода для анализа системы про- тивоюзной защиты. В рамках построения дерева отказов для противоюзной системы изложена методика формулирования основной функции и главного неблагоприятного события.
Бесплатно
Статья научная
Особенности напряженно-деформированного состояния (НДС) замкнутого крыла самолета. Алгоритм поиска оптимальной формы упругой оси крыла. Адаптация формы самолета к режиму полета с применением актуаторов из сплавов с памятью формы. Использование спекл-голографии для уточнения НДС многосвязных конструкций.
Бесплатно
Собственные частоты и собственные формы колебаний нагруженной вращающейся шины
Статья научная
На базе аналитической модели исследуются собственные частоты (СЧ) и собствен- ные формы (СФ) колебаний вращающейся нагруженной шины в окрестности стацио- нарного режима качения без проскальзывания.
Бесплатно
Статья научная
Представлены результаты экспериментальных исследований физической картины возникновения явления бафтинга при околозвуковых скоростях на модели сверхкритического профиля. Предложен новый способ управления этим явлением. Показано, что применение специальных струйных вихрегенераторов приводит к задержке возникновения и ослаблению явления бафтинга.
Бесплатно
Статья научная
Представлен анализ существующих методов испытаний полимерных композитов. Механические воздействия представляют собой статические и ударные нагрузки. Для оценки работоспособности конструкции в этих условиях необходимо знать физико-механические характеристики материала. Дано сравнение отечественных и зарубежных стандартов, а также нестандартных методов определения характеристик упругости (модулей) композитов при испытаниях на изгиб.
Бесплатно
Сравнение турбулентных замыканий в одномерной модели водоема
Статья научная
В рамках одномерных моделей озера наиболее распространенными турбулентными замыканиями являются - модель и замыкание Хендерсон-Селлерс. В силу большо- го различия в вычислительной сложности и других математических свойствах между этими параметризациями возникает вопрос о точности численного решения уравнений модели водоема. Для анализа точности численного решения и скорости его сходимости при различных вариантах - замыкания и параметризации Хендерсон-Селлерс, а также оценки правильности воспроизведения основных физических механизмов пере- мешивания в водоеме в данной работе были проведены численные эксперименты для идеализированных течений и для конкретного озера. Численные эксперименты пока- зали, что модель с замыканием - может давать гладкое решение только с шагом по времени Δ�
Бесплатно
Статья научная
Сравнивается несколько диагонально-неявных методов Рунге – Кутты (DIRK) различных порядков точности и различных свойств устойчивости. Сравнение осуществляется с помощью численного решения одномерных модельных уравнений: уравнения переноса и уравнения Бюргерса. Показывается, что при численном решении уравнения переноса с однородными граничными условиями характерный размер волны неограниченно растёт, что ограничивает его применимость для сравнения методов. Поэтому методы сравниваются с использованием уравнения Бюргерса, свойства которого позволяют избежать этой проблемы. Рассматриваются различные шаги по времени и различные начальные длины волн. Показывается, что методы DIRK высокого порядка точности способны удовлетворительно (то есть без чрезмерной диссипации и без сильных паразитных осцилляций) переносить относительно длинноволновые возмущения при числах Куранта, значительно превосходящих единицу. Этот результат дополнительно подтверждает пригодность методов DIRK высокого порядка точности для применения в гибридных RANS/LES-расчётах, где благодаря этим методам можно значительно снизить временные затраты без потери точности описания крупномасштабных структур потока в пристеночных слоях. Основным параметром в сравнении методов была выбрана минимальная длина волны, которую метод способен перенести удовлетворительно. В результате сравнения показывается, что увеличение порядка точности метода выше второго оказывает малое влияние на этот параметр, в то время как методы с лучшими свойствами устойчивости позволяют уменьшить его значение. Кроме того, показывается, что обратный метод Эйлера оказывается чрезмерно диссипативным, чтобы быть пригодным для нестационарных расчётов.
Бесплатно
